ΦΕΒΡΥΑΡΨ 1994 ∃3.95 ∆ο αεροσολσ σλοω χλιµατιχ ωαρµινγ? Ηαλτινγ τηε σπρεαδ οφ ΑΙ∆Σ. Χαν παρτιχλε πηψσιχσ χοµε βαχκ? ∆ιγιταλ φοργερψ χαν χρεατε πηοτογραπηιχ εϖιδενχε φορ εϖεντσ τηατ νεϖερ ηαππενεδ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Φεβρυαρψ 1994 38 ςολυµε 270 Νυµβερ 2 Τηε Φυτυρε οφ Αµεριχαν ∆εφενσε Πηιλιπ Μορρισον, Κοστα Τσιπισ ανδ ϑεροµε Ωιεσνερ Ασ τηε ονλψ συπερποωερ ιν α ωορλδ οφ βρυση⇒ρε ωαρσ, τηε Υ.Σ. νεεδσ αρµεδ φορχεσ τηατ χαν βε δεπλοψεδ θυιχκλψ. Τηεψ µυστ αλσο βε ρεοργανιζεδ αχχορδινγ το µισ− σιον∇α στρατεγψ τηατ προϖεδ ιτσελφ δυρινγ τηε Γυλφ Ωαρ. Τηε τρενδ τοωαρδ χολλεχ− τιϖε σεχυριτψ ανδ τηε αβσενχε οφ α ωορλδ−χλασσ φοε µεαν τηατ τηε οϖεραλλ σιζε οφ τηε αρµεδ φορχεσ χαν βε σηαρπλψ ρεδυχεδ, φρεεινγ ρεσουρχεσ φορ οτηερ πυβλιχ νεεδσ. 48 Συλφατε Αεροσολ ανδ Χλιµατιχ Χηανγε Ροβερτ ϑ. Χηαρλσον ανδ Τοµ Μ. Λ. Ωιγλεψ Χοµπουνδσ οφ συλφυρ γιϖε τηε εαρτη∏σ ατµοσπηερε α βυιλτ−ιν τηερµοστατ. Τηεψ σχατ− τερ συνλιγητ βαχκ ιντο σπαχε βεφορε ιτ χαν χοντριβυτε το γλοβαλ ωαρµινγ. Υνηαππιλψ, συλφατε αεροσολ χοµπλιχατεσ τηε προβλεµ ρατηερ τηαν σολϖινγ ιτ. ∆ιστριβυτιον αρουνδ τηε ωορλδ ισ υνεϖεν, ανδ αεροσολ ηασ νο ε⇑εχτ δυρινγ τηε νιγητ. Ελιµινατ− ινγ συλφυρ εµισσιονσ χουλδ γρεατλψ αχχελερατε τηε ωαρµινγ βψ γρεενηουσε γασεσ. 58 Τηε Μολεχυλαρ Αρχηιτεχτσ οφ Βοδψ ∆εσιγν Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ ανδ Μιχηαελ Κυζιορα Τηεψ αρε α φαµιλψ οφ γενεσ, µανψ οφ ωηιχη αππεαρ ιν α βροαδ, διϖερσε αρραψ οφ σπεχιεσ τηατ ρανγεσ φροµ ψεαστ το ηυµαν βεινγσ. Μισπλαχεδ αχτιϖιτψ βψ τηεσε γενεσ χαν τυρν α ηεαλτηψ εµβρψο ιντο α µονστερ. Τηατ πηενοµενον ανδ τηε αβιλι− τψ το τρανσφερ γενεσ βετωεεν σπεχιεσ προϖιδε ρεσεαρχηερσ ωιτη α ποωερφυλ ωαψ οφ βρινγινγ ιντο σηαρπ φοχυσ τηε προχεσσ βψ ωηιχη γενεσ χοντρολ δεϖελοπµεντ. 68 ΣΧΙΕΝΧΕ ΙΝ ΠΙΧΤΥΡΕΣ Ωηεν Ισ Σεεινγ Βελιεϖινγ? Ωιλλιαµ ϑ. Μιτχηελλ Γεοργε Βυση ανδ Μαργαρετ Τηατχηερ νυζζλινγ ιν α γαρδεν? Μαριλψν Μονροε εχστατιχαλλψ τακινγ Αβραηαµ Λινχολν∏σ αρµ? ∆ιγιταλ µανιπυλατιον οφ πηοτογραπησ χαν προδυχε σεεµινγλψ ινχοντροϖερτιβλε εϖιδενχε οφ εϖεντσ τηατ νεϖερ ηαππενεδ. 76 Λιθυιδ Μιρρορσ Ερµαννο Φ. Βορρα Γρεατ, γλασσ τελεσχοπε µιρρορσ ηαϖε εναβλεδ αστρονοµερσ το µακε βρεατητακινγ δισχοϖεριεσ. Βυτ συχη τοολσ ηαϖε ρεαλ δραωβαχκσ. Βεψονδ α χερταιν σιζε, γραϖιτψ ωαρπσ τηεµ. Τηεψ αρε αλσο χοστλψ ανδ δι⇑ιχυλτ το µανυφαχτυρε. Αν αλτερνατιϖε ισ α λιθυιδ λενσ οφ µερχυρψ ορ γαλλιυµ. Ωηεν σπυν, τηε µεταλ νατυραλλψ ασσυµεσ α παρα− βολιχ σηαπε. Τηε χονστρυχτιον οφ τηε ϖεσσελ ανδ οτηερ χοµπονεντσ ισ ινεξπενσιϖε. 4 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Scientific American (ISSN 0036-8733), published monthly by Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y. 10017-1111. Copyright © 1994 by Scientific American, Inc. All rights reserved. No part of this issue may be reproduced by any mechanical, photographic or electronic process, or in the form of a phonographic recording, nor may it be stored in a retrieval system, transmitted or otherwise copied for public or private use without written permission of the publisher. Second-class postage paid at New York, N.Y., and at additional mailing offices. Canada Post International Publications Mail (Canadian Distribution) Sales Agreement No. 242764. Canadian GST No. R 127387652. Subscription rates: one year $36 (outside U.S. and possessions add $11 per year for postage). Subscription inquiries: U.S. and Canada (800) 333-1199; other (515) 247-7631. Postmaster: Send address changes to Scientific American, Box 3187, Harlan, Iowa 51537. Reprints available: write Reprint Department, Scientific American, Inc., 415 Madison Avenue, New York, N.Y. 10017-1111, or fax: (212) 355-0408. 82 ΑΙ∆Σ ανδ τηε Υσε οφ Ινϕεχτεδ ∆ρυγσ ∆ον Χ. ∆εσ ϑαρλαισ ανδ Σαµυελ Ρ. Φριεδµαν Ηψποδερµιχ νεεδλεσ ανδ σψρινγεσ σερϖε ασ µαϕορ ϖεχτορσ φορ τηε ηυµαν ιµµυνο− δε⇒χιενχψ ϖιρυσ (ΗΙς) αµονγ δρυγ υσερσ. ∆ιστριβυτιον οφ χλεαν νεεδλεσ, τρεατµεντ ανδ εδυχατιον ηαϖε βεεν φουνδ το χυρβ βεηαϖιορ τηατ σπρεαδσ τηε δεαδλψ ϖιρυσ. Ψετ, τηε αυτηορσ σαψ, πυβλιχ ο⇑ιχιαλσ ηαϖε ηεσιτατεδ το ιµπλεµεντ συχη προγραµσ. 90 Τηε Τερρορ Βιρδσ οφ Σουτη Αµεριχα Λαρρψ Γ. Μαρσηαλλ Α τψπιχαλ σπεχιµεν στοοδ αλµοστ 10 φεετ ταλλ, ηαδ α µασσιϖε βεακ, σπορτεδ γρεατ σηρεδδινγ ταλονσ, ραν λικε α ραχεηορσε ανδ δοτεδ ον φρεση, ραω µεατ. Αβουτ 65 µιλλιον ψεαρσ αγο τηεψ περχηεδ ατοπ τηε φοοδ χηαιν ον τηε εµεργινγ χοντινεντσ οφ τηε Ατλαντιχ Βασιν. Τηεν µαµµαλιαν πρεδατορσ δισλοδγεδ τηεµ. 96 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΠΗΨΣΙΧΣ Παρτιχλε Μεταπηψσιχσ ϑοην Ηοργαν, σενιορ ωριτερ Ονλψ ρεχεντλψ, πηψσιχιστσ σεεµεδ ον τηε ϖεργε οφ ⇒νδινγ α υνι⇒εδ τηεορψ οφ αλλ οφ νατυρε∏σ φορχεσ. Ψετ νοω τηεψ ηαϖε ρεαχηεδ α σεριουσ ιµπασσε. Εϖεν ιφ τηε Συπερ− χονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ ωερε το βε βυιλτ, ιτ χουλδ νοτ αχηιεϖε τηε ενεργιεσ ατ ωηιχη υνι⇒χατιον ισ τηουγητ το οχχυρ. Τηερε ισ σχαντ ηοπε τηατ λοω−ενεργψ εξπερι− µεντσ ωιλλ ψιελδ προγρεσσ. Τηε λατεστ τηεοριεσ δο νοτ γενερατε τεσταβλε πρεδιχτιονσ. ∆ΕΠΑΡΤΜΕΝΤΣ 16 Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν Μαστερ γενεσ.... Χλεαρ νεεδ φορ χλοτ− βυστερσ.... Φερτιλιτψ: τηε νεω ετηιχσ.... Βψε−βψε, γρεενηουσε ε⇑εχτ?... Μορε θυαντυµ πυζζλεµεντ.... Τιµε µα− χηινεσ? Χαση ιν ψουρ τιχκετ.... ΠΡΟ− ΦΙΛΕ: Βρυχε Μ. Αλβερτσ, λαιδ−βαχκ λεαδερ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. 108 Σχιενχε ανδ Βυσινεσσ Ελεχτρονσ τερροριζε νεωσροοµ!... Εχοχαρσ.... Ισ ηεαλτη ρεφορµ αν αγεντ οφ Βιγ Βροτηερ?... Ηερε χοµε τηε κνοωβοτσ.... Τραγεδψ οφ τηε λαωνσ.... ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ: ∆οεσ τηε µαρκετ αλωαψσ µακε τηε βεστ χηοιχε? Α ϖιεω φροµ τηε Χηυννελ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. 10 Λεττερσ το τηε Εδιτορσ Ραισινγ τηε ςασα.... Θυεστιονσ οφ ποωερ.... Χρεδιτ δυε.... Φερµατ. 12 50 ανδ 100 Ψεαρσ Αγο 1894: Πυβλιχ τελεπηονεσ.... Χηολερα.... Ραπιδ τρανσιτ. 116 Τηε Αµατευρ Σχιεντιστ Ηοω το βυιλδ α τελεσχοπε µιρρορ βψ σπιννινγ α λιθυιδ. 118 Βοοκ Ρεϖιεωσ Εψεινγ τριλοβιτεσ.... Νυχλεαρ ενεργψ.... Χηεµιχαλ ρεαχτιονσ. 124 Εσσαψ : Γεραρδ Πιελ Ποπυλατιον γροωτη: δεϖελοπµεντ, νοτ ΑΙ∆Σ, ισ τηε ανσωερ. 5 ΤΗΕ ΧΟςΕΡ ιµαγε ωασ χρεατεδ ιν α χοµπυτ− ερ βψ βλενδινγ αν 1863 πηοτογραπη οφ Αβρα− ηαµ Λινχολν ωιτη α πυβλιχιτψ σηοτ οφ Μαριλψν Μονροε µαδε ιν 1955. Βοτη ιµαγεσ ωερε σχαννεδ ανδ τηεν διγιταλλψ µανιπυλατεδ; α δεσχριπτιον οφ τηε προχεσσ αππεαρσ ον παγε 72 οφ τηε αρτιχλε Ωηεν Ισ Σεεινγ Βελιεϖινγ? βψ Ωιλλιαµ ϑ. Μιτχηελλ. Τηε αβιλιτψ το τρανσ− φορµ πηοτογραπησ ιν τηισ ωαψ ηασ βρουγητ το αν ενδ τηε 150−ψεαρ περιοδ δυρινγ ωηιχη πηοτογραπηψ σεεµεδ υνασσαιλαβλε. Ανδ ιτ ηασ λεφτ υσ ωιτη τηε τασκ οφ λεαρνινγ το ϖιεω πηοτογραπησ ωιτη α νεω ωαρινεσσ. ∆ιγιταλ ιµαγε βψ ϑαχκ Ηαρρισ/ςισυαλ Λογιχ; οριγιναλ πηοτογραπη οφ Αβραηαµ Λινχολν βψ Αλεξανδερ Γαρδνερ, Βεττµανν Αρχηιϖε; οριγιναλ πηοτογραπη οφ Μαριλψν Μονροε χουρτεσψ οφ Περσοναλιτψ Πηοτοσ, Ινχ. Παγε Σουρχε 39 ϑ. Λανγεϖιν/Σψγµα 42 Τηοµασ Ηατωελλ/Σψγµα (λεφτ ), Αρτιν/Σψγµα (ριγητ ) 73 Ιµαγε βψ Ωαδε Ηοκοδα 43 Μ. Σηανδιζ/Σψγµα (τοπ ) 77 45 Λεσ Στονε/Σψγµα Ροβερτ ϑ. Σιχα, Υνιϖερσιτψ οφ Ωεστερν Ονταριο 48∠49 Ροβερτο Οστι 78 Βορισ Σταροστα 50∠51 ϑε⇑ρεψ Τ. Κιεηλ ανδ Βρυχε Π. Βριεγλεβ, Νατιοναλ Χεντερ φορ Ατµοσπηεριχ Ρεσεαρχη; χολορ µανιπυλατιονσ βψ ϑασον Κ⇑ερ 79 Γυψ Πλαντε, Λαϖαλ Υνιϖερσιτψ 80 Βορισ Σταροστα (τοπ ), Τερρψ Βψερσ, Λοχκηεεδ Χορπορα− τιον (λεφτ ), Γυψ Πλαντε (ριγητ ) 52 Ρυνκ/Σχηοενβεργερ, Γραντ Ηειλµαν Πηοτογραπηψ, Ινχ. 81 Ροβερτ ϑ. Σιχα 82 53 Ταδ Ανδερσον, Υνιϖερσιτψ οφ Ωασηινγτον Ανδρεω Λιχητενστειν/ Ιµπαχτ ςισυαλσ 83 59 Τοµο Ναρασηιµα Πετερ Ηαλεψ/Μορνινγ Νεωσ Τριβυνε, Ταχοµα, Ωαση. 60 Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ (τοπ ), Τοµο Ναρασηιµα (βοττοµ) 84∠86 Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ∆ 87 61 Τοµο Ναρασηιµα Ανδρεω Λιχητενστειν/ Ιµπαχτ ςισυαλσ 64 Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ (βοττοµ) 88 65 ϑαρεδ Σχηνειδµαν/ϑΣ∆ 66 Τοµο Ναρασηιµα Γυιλβερτ Γατεσ/ϑΣ∆ (λεφτ ), χουρτεσψ οφ ∆ιρεχτιε Σεχρε− ταριαατ ΓΓ&Γ∆, Αµστερδαµ (ριγητ ) 68∠69 Οριγιναλ πηοτογραπη βψ ΑΠ/ Ωορλδ Ωιδε Πηοτοσ (λεφτ ), ιµαγε φροµ Παυλ Ηιγδον/ Νεω Ψορκ Τιµεσ (χεντερ ), ιµαγε φροµ Ανγελα Περκινσ (ριγητ ), χολορ µανιπυλατιονσ βψ ϑαχκ Ηαρρισ/ςισυαλ Λογιχ (τοπ χεντερ, τοπ ριγητ ανδ βοττοµ ) 90∠91 Ροβερτο Οστι 92 Πατριχια ϑ. Ωψννε 93 Ροναλδ Ορενστειν/ Ανιµαλσ/Ανιµαλσ (λεφτ ), Φρανχισχο Εριζε/Βρυχε Χολεµαν, Ινχ. (ριγητ ) 94 Μιχηαελ Ο. Ωοοδβυρνε, Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Ριϖερσιδε (βοττοµ) 71 72 Παγε Σουρχε Πηοτοσ, Ινχ.; διγιταλ ιµαγεσ βψ ϑαχκ Ηαρρισ/ςισυαλ Λογιχ Ρευτερσ/Βεττµανν (τοπ ), ∆επαρτµεντ οφ ∆εφενσε Πηοτο (βοττοµ) 95 Πατριχια ϑ. Ωψννε 96∠97 ϑοην Βιρδ, Συπερχονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ Λαβορατορψ Οριγιναλ πηοτογραπη βψ ΝΑΣΑ; διγιταλλψ µανιπυλατεδ ϖερσιον χουρτεσψ οφ Τιµε, Ινχ., Πιχτυρε Χολλεχτιον 102 ∆αϖιδ Σαµσ/Τεξασ Ινπριντ (τοπ ), Φερµιλαβ ςισυαλ Μεδια Σερϖιχεσ (βοττοµ ) Οριγιναλ πηοτογραπη οφ Αβραηαµ Λινχολν βψ Αλεξ− ανδερ Γαρδνερ, Βεττµανν Αρχηιϖε; οριγιναλ πηοτο− γραπη οφ Μαριλψν Μονροε χουρτεσψ οφ Περσοναλιτψ Εσταβλισηεδ 1845 Ε∆ΙΤΟΡ: ϑονατηαν Πιελ ΒΟΑΡ∆ ΟΦ Ε∆ΙΤΟΡΣ: Μιχηελλε Πρεσσ , Μαναγινγ Εδιτορ ; ϑοην Ρεννιε, Ασσοχιατε Εδιτορ; Τιµοτηψ Μ. Βεαρδσλεψ ; Ω. Ωαψτ Γιββσ; Μαργυεριτε Ηολλο− ωαψ ; ϑοην Ηοργαν , Σενιορ Ωριτερ ; Πηιλιπ Μορρι− σον , Βοοκ Εδιτορ ; Χορεψ Σ. Ποωελλ ; Ριχκι Λ . Ρυστ− ινγ ; Γαρψ Στιξ ; Παυλ Ωαλλιχη ; Πηιλιπ Μ. Ψαµ ΑΡΤ : ϑοαν Σταρωοοδ, Αρτ ∆ιρεχτορ ; Εδωαρδ Βελλ , Αρτ ∆ιρεχτορ , Γραπηιχσ Σψστεµσ ; ϑεσσιε Νατηανσ, Ασσοχιατε Αρτ ∆ιρεχτορ ; ϑοηννψ ϑοηνσον, Ασσισταντ Αρτ ∆ιρεχτορ, Γραπηιχσ Σψστεµσ; Νισα Γελλερ, Πηο− τογραπηψ Εδιτορ ; Λισα Βυρνεττ, Προδυχτιον Εδιτορ ΧΟΠΨ: Μαρια− Χηριστινα Κελλερ, Χοπψ Χηιεφ ; Νανχψ Λ . Φρειρειχη; Μολλψ Κ. Φρανχεσ; ∆ανιελ Χ. Σχηλενο⇑ ΤΗΕ ΙΛΛΥΣΤΡΑΤΙΟΝΣ 70 ♦ 103 ΧΕΡΝ Μεδια Σερϖιχεσ (τοπ ανδ βοττοµ ) 104 Φρανκ ςερονσκψ 105 Αργοννε Νατιοναλ Λαβορατορψ 116 Κατηψ Κονκλε ΠΡΟ∆ΥΧΤΙΟΝ: Ριχηαρδ Σασσο, ςιχε Πρεσιδεντ, Προδυχτιον ; Ωιλλιαµ Σηερµαν, Προδυχτιον Μαν− αγερ ; Μαναγερσ: Χαρολ Αλβερτ, Πριντ Προδυχτιον ; ϑανετ Χερµακ , Θυαλιτψ Χοντρολ ; Τανψα ∆εΣιλϖα , Πρεπρεσσ; Χαρολ Ηανσεν , Χοµποσιτιον ; Μαδελψν Κεψεσ, Σψστεµσ; Εριχ Μαρθυαρδ, Σπεχιαλ Προϕεχτσ; Λεο ϑ. Πετρυζζι , Μανυφαχτυρινγ & Μακευπ; Αδ Τρα⇔χ: Χαρλ Χηερεβιν ΧΙΡΧΥΛΑΤΙΟΝ: Λορραινε Λειβ Τερλεχκι , Ασσοχιατε Πυβλισηερ/Χιρχυλατιον ∆ιρεχτορ ; Κατηερινε Ροβολδ, Χιρχυλατιον Μαναγερ; ϑοαννε Γυραλνιχκ, Χιρχυλα− τιον Προµοτιον Μαναγερ ; Ροσα ∆αϖισ, Φυλ⇒λλµεντ Μαναγερ Α∆ςΕΡΤΙΣΙΝΓ: Κατε ∆οβσον, Ασσοχιατε Πυβλιση− ερ/Αδϖερτισινγ ∆ιρεχτορ. ΟΦΦΙΧΕΣ: ΝΕΩ ΨΟΡΚ: Μερψλε Λοωεντηαλ, Νεω Ψορκ Αδϖερτισινγ Μαν− αγερ ; Ωιλλιαµ Βυχηαναν, Μαναγερ, Χορπορατε Αδϖερτισινγ ; Πετερ Φισχη, Ρανδψ ϑαµεσ, Ελιζα− βετη Ρψαν. Μιχηελλε Λαρσεν, ∆ιρεχτορ, Νεω Βυσι− νεσσ ∆εϖελοπµεντ. ΧΗΙΧΑΓΟ: 333 Ν. Μιχηιγαν Αϖε., Χηιχαγο, ΙΛ 60601; Πατριχκ Βαχηλερ, Αδϖερ− τισινγ Μαναγερ. ∆ΕΤΡΟΙΤ: 3000 Τοων Χεντερ, Συιτε 1435, Σουτη⇒ελδ, ΜΙ 48075; Εδωαρδ Α . Βαρτλεψ, ∆ετροιτ Μαναγερ. ΩΕΣΤ ΧΟΑΣΤ: 1554 Σ. Σεπυλϖεδα Βλϖδ., Συιτε 212, Λοσ Ανγελεσ, ΧΑ 90025; Λισα Κ. Χαρδεν, Αδϖερτισινγ Μαναγερ ; Τονια Ωενδτ. 235 Μοντγοµερψ Στ., Συιτε 724, Σαν Φρανχισχο, ΧΑ 94104; Λιαννε Βλοοµερ. ΧΑΝ− Α∆Α: Φενν Χοµπανψ, Ινχ. ∆ΑΛΛΑΣ: Γρι⇔τη Γρουπ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓ ΣΕΡςΙΧΕΣ: Λαυρα Σαλαντ, Μαρκετινγ ∆ιρεχτορ ; ∆ιανε Σχηυβε, Προµοτιον Μαναγερ ; Μαρψ Σαδλιερ, Ρεσεαρχη Μαναγερ ; Ετηελ ∆. Λιττλε, Αδϖερτισινγ Χοορδινατορ ΙΝΤΕΡΝΑΤΙΟΝΑΛ: ΕΥΡΟΠΕ: Ροψ Εδωαρδσ, Ιντερ− νατιοναλ Αδϖερτισινγ Μαναγερ, Λονδον; ςιϖιεννε ∆αϖιδσον, Λινδα Καυφµαν, Ιντερµεδια Λτδ., Παρ− ισ; Καριν Οη⇑, Γρουπε Εξπανσιον, Φρανκφυρτ ; Βαρτη ∆αϖιδ Σχηωαρτζ, ∆ιρεχτορ, Σπεχιαλ Προϕ− εχτσ, Αµστερδαµ. ΣΕΟΥΛ: Βισχοµ, Ινχ. ΤΟΚΨΟ: Νικκει Ιντερνατιοναλ Λτδ.; ΣΙΝΓΑΠΟΡΕ: Ηοο Σιεω Σαι , Μαϕορ Μεδια Σινγαπορε Πτε. Λτδ. Α∆ΜΙΝΙΣΤΡΑΤΙΟΝ: ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ., Πυβλισηερ ; Μαριε Μ . Βεαυµοντε, Γενεραλ Μαναγερ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ΙΝΧ. 415 Μαδισον Αϖενυε, Νεω Ψορκ, ΝΨ 10017−1111 (212) 754−0550 ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΑΝ∆ ΧΗΙΕΦ ΕΞΕΧΥΤΙςΕ ΟΦΦΙΧΕΡ: ϑοην ϑ. Ηανλεψ ΧΟ−ΧΗΑΙΡΜΑΝ: ∆ρ. Πιερρε Γερχκενσ ΧΟΡΠΟΡΑΤΕ ΟΦΦΙΧΕΡΣ: Πρεσιδεντ, ϑοην ϑ. Μοελινγ, ϑρ.; Χηιεφ Φινανχιαλ Ο⇔χερ, Ρ . ςινχεντ Βαργερ ; ςιχε Πρεσιδεντσ, Ροβερτ Λ. Βιεωεν, ϑονατηαν Πιελ ∆ΙΡΕΧΤΟΡ, ΕΛΕΧΤΡΟΝΙΧ ΠΥΒΛΙΣΗΙΝΓ: Μαρτιν Παυλ ΧΗΑΙΡΜΑΝ ΕΜΕΡΙΤΥΣ: Γεραρδ Πιελ ΠΡΙΝΤΕ∆ ΙΝ Υ.Σ. Α. 6 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΛΕΤΤΕΡΣ ΤΟ ΤΗΕ Ε∆ΙΤΟΡΣ Α Συνκεν Τρεασυρε Ιν Ραισινγ τηε ςασα [ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ˚ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], Λαρσ−Ακε Κϖαρνινγ µακεσ τηε ποιντ τηατ µανψ οφ τηε ιτεµσ ον βοαρδ τηε ςασα ωερε στιλλ ινταχτ ωηεν τηε σηιπ∏σ ηυλλ ωασ ρε− ϖεαλεδ. Ιτ ισ ιντερεστινγ τηατ τηε σαιλσ, τηουγη ωατερ δαµαγεδ, ηαδ νοτ εντιρε− λψ δεχοµποσεδ. Ωηατ µατεριαλσ ωερε υσεδ το µακε τηεµ? Ωερε τηεψ προτεχτ− εδ βψ τηε σαιλ λοχκερ? ϑΕΦΦΡΕΨ ΕΝ∆Ψ ∆αυπηιν, Πα. Κϖαρνινγ σαψσ τηε ηελµσµαν στεερεδ τηε ςασα βψ τιλτινγ τηε ωηιπ στα⇑ ανδ µοϖινγ ιτ υπ ανδ δοων. Ηε ριγητλψ δε− σχριβεσ τηισ πραχτιχε ασ στρανγελψ αωκ− ωαρδ. Αχχορδινγ το τηε ρεφερενχεσ Ι ηαϖε σεεν, δυρινγ τηε 17τη χεντυρψ τηε ωηιπ στα⇑ ωασ υσεδ τηισ ωαψ το στεερ σηιπσ ιν ⇒νε ωεατηερ, βυτ τηε τιλλερ ωασ αλσο χοντρολλεδ βψ ταχκλεσ ατταχηεδ το τηε σιδεσ οφ τηε σηιπ. Ισ τηερε ανψ εϖι− δενχε τηατ ον τηε ςασα τηε ωηιπ στα⇑ ωασ νοτ υσεδ πριµαριλψ ασ α τελλταλε φορ ινδιχατινγ τηε ποσιτιον οφ τηε τιλλερ? Ρ. Β. ΕΛΛΙΟΤΤ ∆υβλιν, Ιρελανδ Κϖαρνινγ ρεπλιεσ: Τηε σαιλ λοχκερ ον βοαρδ τηε ςασα διδ λιττλε το προτεχτ τηε σαιλσ δυρινγ τηειρ χεντυριεσ υνδερ ωατερ, βυτ τηε χονδι− τιον οφ τηε χλοτη ιµπροϖεδ τηε δεεπερ ωε ωεντ ιντο τηε φολδεδ λαψερσ. Τηε σαιλ− χλοτη ωασ οφ τωο τψπεσ. Τηε ονε υσεδ ιν τηε σµαλλερ σαιλσ ωασ χλοσε−τεξτυρεδ. Τηε οτηερ ωασ χοαρσερ. Τηε χονδιτιον οφ τηε ⇒βερσ ωασ σο ποορ τηατ ιτ ωασ νοτ ποσσιβλε το δετερµινε τηειρ µατερι− αλ, βυτ τηε χοαρσερ χλοτη ωασ προβαβλψ ηεµπ ανδ τηε ⇒νερ ονε λινεν. Τηερε αρε νο σιγνσ τηατ βελοω τηε ηελµσµαν∏σ δεχκ τηε τιλλερ ηαδ βεεν ατ− ταχηεδ το τηε σηιπ∏σ σιδεσ βψ ταχκλεσ. Ον τηε οτηερ ηανδ, τηισ ωασ τηε ςασα∏σ µαιδεν ϖοψαγε, ανδ συππορτινγ ταχκλεσ χουλδ εασιλψ ηαϖε βεεν ατταχηεδ λατερ∇ ηαδ τηερε βεεν αν οππορτυνιτψ. ΑΙ∆Σ ανδ Ηετεροσεξυαλσ Ωαρνερ Χ. Γρεενε, αυτηορ οφ ΑΙ∆Σ ανδ τηε Ιµµυνε Σψστεµ [ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Σεπτεµβερ 1993], σηουλδ βε χοµµενδεδ φορ ηισ ρεµαρκαβλψ χλεαρ, 10 χονχισε δεσχριπτιον οφ ϖιραλ µεχηανιχσ. Βυτ ηισ ρεφερενχε το νεω ινφεχτιονσ∇ τηε µαϕοριτψ νοω φροµ ηετεροσεξυαλ χονταχτ ισ µισλεαδινγ. Τηε µαϕοριτψ οφ νεω ινφεχτιονσ ηαϖε αλωαψσ βεεν φροµ ηετεροσεξυαλ χονταχτ, ασ φαρ βαχκ ασ τηε ΑΙ∆Σ επιδεµιχ χαν βε τραχεδ. Αλτηουγη ηοµοσεξυαλσ, ηεµοπηιλιαχσ ανδ πεοπλε ωηο ινϕεχτ δρυγσ ηαϖε βορνε τηε βρυντ οφ τηε επιδεµιχ ιν ινδυστριαλ χουντριεσ, τηεψ ηαϖε αλωαψσ χονστιτυτεδ α µινορι− τψ οφ τηε ωορλδ∏σ ΗΙς ινφεχτιονσ. Τηυσ, ΑΙ∆Σ ωασ, ισ ανδ ωιλλ χοντινυε το βε πριµαριλψ α ηετεροσεξυαλ δισεασε. ΡΥΣΣΕΛΛ ΜΙΛΛΣ Σαν Φρανχισχο, Χαλιφ. Οϖερδυε Χρεδιτ Σεντριεσ ανδ Σαβοτευρσ, βψ Ω. Ωαψτ Γιββσ [Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν, ΣΧΙΕΝ− ΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Οχτοβερ 1993], ισ αν εξχελλεντ ρεϖιεω οφ νεω τυµορ τηερα− πιεσ. Ι ωουλδ λικε το ποιντ ουτ, ηοωεϖερ, τηατ τηε ιδεα οφ ινσερτινγ α ηερπεσϖιρυσ γενε ιντο τυµορ χελλσ ανδ κιλλινγ τηεµ ωιτη γανχιχλοϖιρ, ωηιχη ωασ αττριβυτεδ το Κεννετη Ω. Χυλϖερ, ωασ γενερατεδ σεϖεραλ ψεαρσ εαρλιερ βψ ουρ γρουπ. Αλ− τηουγη Χυλϖερ µαψ ηαϖε ηαδ τηε ιδεα ινδεπενδεντλψ, ατ λεαστ ονε οφ ηισ χολ− λαβορατορσ αττενδεδ α µεετινγ ωηερε ουρ ωορκ ωασ πρεσεντεδ ιν 1990, ατ λεαστ α ψεαρ βεφορε Χυλϖερ χλαιµσ το ηαϖε ηαδ τηε ιδεα. ΞΑΝ∆ΡΑ Ο. ΒΡΕΑΚΕΦΙΕΛ∆ ∆επαρτµεντ οφ Νευρολογψ Μασσαχηυσεττσ Γενεραλ Ηοσπιταλ Βοστον, Μασσ. Ενεργετιχ Τηινκερ Λετ µε αδδ α ηιστοριχαλ νοτε το τηε ιντερεστινγ ανδ ινφορµατιϖε αρτιχλε βψ Ναραιν Γ. Ηινγορανι ανδ Καρλ Ε. Σταηλ− κοπφ [Ηιγη−Ποωερ Ελεχτρονιχσ, ΣΧΙΕΝ− ΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Νοϖεµβερ 1993]. Ιν 1967, ϖερψ εαρλψ ιν τηε ηιστορψ οφ τηψρισ− τορσ, Ριχηαρδ Χασσελ (νοω ατ τηε Σταν− φορδ Λινεαρ Αχχελερατορ Χεντερ ) προ− ποσεδ τηε τηψριστορ−βασεδ µαγνετ ποω− ερ−συππλψ σψστεµ υσεδ βψ τηε Φερµιλαβ Μαιν Ρινγ. Ατ ιτσ πεακ χαπαχιτψ οφ 400 γιγαελεχ− τρον ϖολτσ, τηατ σψστεµ χαν στορε µορε τηαν 100 µεγαϕουλεσ οφ ενεργψ ανδ ηασ α ποωερ δισσιπατιον οφ µορε τηαν 20 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 µεγαωαττσ∇α γιαντ στεπ βεψονδ τραδι− τιοναλ σψνχηροτρον ποωερ συππλιεσ. Βψ υσινγ τηε υτιλιτψ γριδ φορ ενεργψ στορ− αγε, Χασσελ∏σ σψστεµ αϖοιδεδ αλλ τηε µαιντενανχε ανδ σαφετψ προβλεµσ οφ τραδιτιοναλ σψστεµσ. Ιτ αλσο ηαδ γρεατερ οπερατιοναλ ⇓εξιβιλιτψ (ωηιχη µαδε ιτ ποσσιβλε το τυνε τηε παρτιχλε οσχιλλα− τιονσ οϖερ α ωιδε ρανγε) ανδ α λεαρνινγ χαπαβιλιτψ (σο τηε ποωερ ρεγυλατιον ιµ− προϖεδ φροµ πυλσε το πυλσε). Χασσελ∏σ µαγνι⇒χεντ ποωερ συππλψ ωασ α γρεατ ηελπ ιν τηε ινιτιαλ οπερατιον οφ αν αχχελερατορ µορε τηαν 10 τιµεσ λαργερ τηαν ανψ οφ ιτσ πρεδεχεσσορσ. Ιτ ηασ βεεν χοπιεδ φορ αλµοστ εϖερψ σψν− χηροτρον βυιλτ σινχε τηεν, σο ιτ µυστ βε δοινγ σοµετηινγ ριγητ. ΦΡΑΝΧΙΣ Τ. ΧΟΛΕ Ναπερϖιλλε, Ιλλ. Ηερε Ωε Γο Αγαιν Ι νοω σεε τηατ Φερµατ ηασ πλαψεδ τηε γρεατεστ πραχτιχαλ ϕοκε οφ αλλ τιµε ον υσ φορ 350 ψεαρσ! Βυτ εϖεν ωιτη ηισ ηαστψ ρετρεατ ατ τηε ενδ οφ Φερµατ∏σ Λαστ Τιµε−Τριπ, βψ Ιαν Στεωαρτ [Ματηεµατ− ιχαλ Ρεχρεατιονσ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Νοϖεµβερ 1993], ηε χουλδ νοτ γετ βαχκ το τηε 17τη χεντυρψ φαστ ενουγη το ωριτε τηε προοφ ιν τηε βοοκ µαργινσ! Π.Σ. Ι ηαϖε φουνδ α τρυλψ ρεµαρκαβλε µετηοδ φορ τιµε τραϖελ, βυτ τηισ ποστ− χαρδ ισ τοο σµαλλ φορ ιτσ δεσχριπτιον. ςΙΚΤΟΡΣ ΒΕΡΣΤΙΣ Αυστιν, Τεξ. Βεχαυσε οφ τηε ϖολυµε οφ µαιλ, λεττερσ το τηε εδιτορ χαννοτ βε αχκνοωλεδγεδ. Λεττερσ σελεχτεδ φορ πυβλιχατιον µαψ βε εδιτεδ φορ λενγτη ανδ χλαριτψ. ΕΡΡΑΤΑ Τηε χρεδιτσ φορ τηε Σεπτεµβερ 1993 ισ− συε νεγλεχτεδ το µεντιον τηατ τηε ιλλυσ− τρατιον ον παγε 69 ωασ βασεδ ιν παρτ ον ωορκ βψ Καρεν ϑαχοβσεν ανδ ∆εννισ Γ. Οσµονδ οφ ΜχΓιλλ Υνιϖερσιτψ. Νεϖερ Γιϖε α Συχκερ αν Εϖεν Βρεακ [Σχιενχε ανδ τηε Χιτιζεν, Οχτοβερ 1993] σηουλδ ηαϖε αττριβυτεδ τηε γαµε στρατεγψ Παϖλοϖ το ∆αϖιδ Κραινεσ οφ ∆υκε Υνιϖερσιτψ ανδ ςιϖιαν Κραινεσ οφ Μερεδιτη Χολλεγε, ωηο χοινεδ τηατ ναµε το ρεφερ το α χλασσ οφ λεαρνινγ ρυλεσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. 50 ΑΝ∆ 100 ΨΕΑΡΣ ΑΓΟ ΦΕΒΡΥΑΡΨ 1944 Ιφ ψουρ τιρε τρεαδσ αρε ωεαρινγ τηιν ανδ ψου τηινκ σοµετηινγ σηουλδ βε δονε αβουτ ιτ, ψου αρε δεαδ ριγητ. Ανδ σοµετηινγ ισ βεινγ δονε. Σψντηετιχ τιρεσ αρε γοοδ νοω, βυτ ωιλλ βε εξχελλεντ. Αφ− τερ περφορµινγ τηε αστουνδινγ µιραχλε οφ χρεατινγ ιν λιττλε µορε τηαν τωο ψεαρσ α τοταλλψ νεω χοµπλεξ ινδυστρψ αβλε το προδυχε σψντηετιχ ρυββερ ατ α ρατε φαστ− ερ τηαν Αµεριχανσ ηαϖε εϖερ υσεδ τηε προδυχτ οφ ρυββερ τρεεσ, Αµεριχαν εν− τερπρισε ανδ ινγενυιτψ αρε νοω βυσψ ωιτη τηε νεξτ τασκ: Τηατ οφ µακινγ σψν− τηετιχσ σο γοοδ ανδ σο χηεαπ τηατ ωε σηαλλ νεϖερ ωιση το ρετυρν το Νατυρε∏σ ρυββερ αγαιν. Τηε αυτοµατιχ πιλοτ ηασ δεσερϖεδλψ εαρνεδ α γρεατ ρεπυτατιον φορ ιτσελφ. Βυτ τηερε ηασ αλωαψσ βεεν τηε φεελινγ τηατ ιτ ωουλδ νοτ θυιτε δο τηε ϕοβ ιν ϖερψ ρουγη ωεατηερ. Νοω Ωριγητ Φιελδ ηασ περµιττεδ τηε αννουνχεµεντ το βε µαδε οφ α νεω ελεχτρονιχαλλψ χοντρολλεδ αυτοµατιχ πιλοτ δεϖελοπεδ βψ τηε Μιν− νεαπολισ−Ηονεψωελλ Χοµπανψ. Τηε σεν− σιτιϖιτψ οφ τηε ελεχτρονιχ µεχηανισµ ισ συχη τηατ ιτ ρετυρνσ τηε πλανε αλµοστ ιµµεδιατελψ το ιτσ χουρσε δεσπιτε χροσσ χυρρεντσ, ωινδ ϖαριατιονσ, ανδ αιρ βλαστσ φροµ εξπλοδινγ αντι−αιρχραφτ σηελλσ. ερ. Πατεντσ φορ οτηερ τελεπηονε αππαρα− τυσ στιλλ ρεµαιν ιν φορχε; βυτ ενουγη ισ αϖαιλαβλε φορ αχτυαλ σερϖιχε. Ωιτη τωο ηανδ ινστρυµεντσ ανδ α συιταβλε χαλλ, τελεπηονε χοµµυνιχατιον µαψ βε µαιν− ταινεδ, υνδερ φαϖοραβλε χονδιτιονσ, οϖερ α λινε ειγητ ορ τεν µιλεσ λονγ, νο βατ− τερψ βεινγ ρεθυιρεδ. Α σολυτιον το τηε προβλεµ οφ χον− νεχτινγ τηε Ευροπεαν χοντινεντ ωιτη Ενγλανδ βψ ραιλωαψ σεεµσ το βε µεετ− ινγ ωιτη φαϖορ ιν Ενγλανδ. Ιτ χονσιστσ ιν τηε εσταβλισηµεντ, υνδερ ωατερ, οφ ονε ορ µορε µεταλλιχ τυβεσ χαπαβλε οφ γιϖ− ινγ πασσαγε το α ραιλωαψ. Αχχορδινγ το χαλχυλατιονσ, τηε τοταλ χοστ οφ τηε τυ− βυλαρ ραιλωαψ ουγητ νοτ το εξχεεδ 375 µιλλιονσ ατ α µαξιµυµ, ανδ τηε χον− στρυχτιον οφ ιτ µιγητ βε ε⇑εχτεδ ιν ⇒ϖε ψεαρσ. Ωε νοω κνοω τηατ τηε χηολερα γερµ ισ φουνδ ιν τηε ηυµαν βοδψ ονλψ ιν τηε ιντεστινεσ; τηατ ιτ ισ νοτ χοµµυνιχατεδ διρεχτλψ φροµ περσον το περσον, βυτ τηε αλϖινε εϖαχυατιονσ οφ τηε ϖιχτιµσ ⇒νδ τηειρ ωαψ, γενεραλλψ τηρουγη ωατερ, ιντο τηε βοωελσ οφ συσχεπτιβλε περσονσ, ωηο τηεν βεχοµε αδδιτιοναλ ϖιχτιµσ; τηατ τηισ γερµ ⇒νδσ α βρεεδινγ πλαχε ιν δαµπ σοιλ ανδ ιν σταγναντ ποολσ ανδ ιν ρυννινγ στρεαµσ χονταινινγ οργανιχ µαττερ; τηατ ιτ ισ θυιχκλψ δεστροψεδ βψ τηε ο⇔χιαλ γερµιχιδεσ, βψ δρψινγ, βψ αχιδσ, ανδ βψ τεµπερατυρε βελοω 56 δε− γρεεσ ορ αβοϖε 126 δεγρεεσ Φ. Ιτ ισ τηε αππλιχατιον οφ εξαχτ κνοωλεδγε τηατ ηασ χον⇒νεδ τηε χηολερα το τηε θυαραντινε δοµινιονσ ατ Νεω Ψορκ, τηυσ πρεϖεντ− ινγ ιτσ δι⇑υσιον ιν τηε Υνιτεδ Στατεσ. Τηε νεεδ οφ τηε δαψ ισ ραπιδ τρανσιτ. Τηε ιλλυστρατιον (βελοω ) σηοωσ ονε οφ τηε λαστ δεϖελοπµεντσ ιν τρυε ραπιδ τρανσιτ∇τηε Βοψντον Ελεχτριχ Βιχψχλε Ραιλροαδ∇οφ ωηιχη α λινε ισ νοω ιν προ− χεσσ οφ ερεχτιον αχροσσ Λονγ Ισλανδ, φροµ Βελλπορτ το τηε Σουνδ. Τηε ιδεα οφ τηε βιχψχλε ραιλροαδ ισ το προϖιδε α σψσ− τεµ οφ τρανσιτ ωηοσε σπεεδ µαψ βε φροµ σεϖεντψ−⇒ϖε το ονε ηυνδρεδ ορ µορε µιλεσ αν ηουρ. Ιν τηε ραιλροαδ ιν θυεστιον, α ναρροω χαρ ωιτη σηαρπενεδ ενδσ ισ εµπλοψεδ, ανδ ισ µουντεδ υπον τωο ωηεελσ, ονε ατ εαχη ενδ, ανδ τραϖελσ υπον α σινγλε ραιλ. Ιτ ηασ τηε εθυιλιβριυµ οφ α βιχψχλε, ανδ λικε τηε λαττερ δισποσεσ ατ ονχε οφ τηε ϖιολεντ τρανσϖερσε ωρενχηινγ στραινσ ωηιχη αφ− φεχτ φουρ−ωηεελεδ ϖεηιχλεσ οφ εϖερψδαψ τψπε. Ιτ ισ πεχυλιαρλψ ωελλ αδαπτεδ φορ ελεχτριχ προπυλσιον, τηε οϖερηεαδ ραιλ γιϖινγ α πλαχε φορ τηε χυρρεντ µαιν. Τηε ρεχεντ δεχλινε ιν τηε ρατε οφ δισ− χοϖερψ οφ νεω πετρολευµ ⇒ελδσ ιν τηισ χουντρψ ηασ γιϖεν ρισε το τηε θυεστιον οφ ωηατ ωε χαν δο το µεετ τηε δεµανδσ οφ αν αιρ−µινδεδ ανδ αυτοµοτιϖε ποστ− ωαρ αγε. Γρεατ Βριταιν, Γερµανψ, ανδ ϑα− παν αρε µακινγ σψντηετιχ οιλ ανδ γασο− λινε. Νοω ισ τηε τιµε το χονδυχτ α ριγορ− ουσ ρεσεαρχη προγραµ σο τηατ µετηοδσ ωιλλ βε αϖαιλαβλε το συππλψ νεχεσσαρψ λιθυιδ φυελσ φροµ Αµεριχαν χοαλσ ωηεν τηε πετρολευµ συππλψ βεγινσ το φαιλ. ΦΕΒΡΥΑΡΨ 1894 Ον τηε 30τη δαψ οφ ϑανυαρψ, 1894, τηε Βελλ τελεπηονε πατεντ εξπιρεδ ανδ τηε ινϖεντιον βεχαµε τηε προπερτψ οφ τηε πυβλιχ; σο τηατ ωηοεϖερ δεσιρεσ το δο σο χαν µακε, βυψ ορ σελλ τελεπηονεσ ωιτηουτ φεαρ οφ ινφρινγινγ ον τηε ριγητσ οφ ανψ ονε. Τηισ αππλιεσ ονλψ το τηε ηανδ ινστρυµεντ νοω υσεδ ασ α ρεχειϖ− 12 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Τηε Βοψντον ελεϖατεδ βιχψχλε ραιλροαδ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΧΙΤΙΖΕΝ Νοβελ Νοτεσ Ουρ µαν ιν Στοχκηολµ ρεπορτσ ον τηε χερεµονιεσ 16 PRESSENS BILD AB Ι ν εαρλψ ∆εχεµβερ τηε χιτψ οφ Στοχκ− ηολµ ενϕοψσ ονλψ αβουτ σιξ ηουρσ οφ δαψλιγητ. Βυτ τηε χονχεντρατιον οφ σχιεντι⇒χ, εχονοµιχ ανδ λιτεραρψ λυ− µιναριεσ τηατ δεσχενδσ ον ιτσ χηαρµινγ 19τη−χεντυρψ πρεχινχτσ το χελεβρατε τηε αωαρδινγ οφ τηε Νοβελ Πριζεσ ρενδερσ σολαρ ραδιατιον συπερ⇓υουσ. Α πριζε ασ φαµουσ ασ τηε Νοβελ χαρ− ριεσ ωιτη ιτ τηε ποωερ οφ χελεβριτψ, ωηετηερ τηε ωιννερσ λικε ιτ ορ νοτ. Εαχη λαυρεατε µυστ αδαπτ το τηε σιγνι⇒χανχε ανδ ιµπλιχατιονσ οφ τηατ ποωερ. Ριχη− αρδ ϑ. Ροβερτσ οφ Νεω Ενγλανδ Βιολαβσ, ωηο σηαρεδ α Νοβελ ωιτη Πηιλλιπ Α. Σηαρπ οφ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ φορ δισχοϖερινγ τηατ τηε γενεσ οφ ηιγηερ ανιµαλσ αρε σπλιτ ιντο αχτιϖε ανδ ιναχτιϖε παρτσ, ρεφερρεδ το ηιµσελφ ασ α πριζε ϖιργιν ανδ εξ− πρεσσεδ α θυιετ ϕοψ ατ βεινγ σελεχτεδ ασ α Νοβελ ωιννερ. Βυτ ωηεν ασκεδ ιφ τηε αωαρδ γαϖε νεω ιµπετυσ το ηισ ωορκ, ηε ωασ θυιτε εµπηατιχ: Οη, νο, νο. Τηε ρεσεαρχη ισ ιτσ οων ρεωαρδ. ∆ουγλασσ Χ. Νορτη οφ Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ τοοκ τηε Νοβελ ασ α παρτιχυ− λαρλψ περσοναλ τριυµπη. Ηε ανδ ηισ χο− ωιννερ, Ροβερτ Ω. Φογελ οφ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Χηιχαγο, ηαϖε φολλοωεδ αν υν− τραδιτιοναλ µετηοδολογψ οφ αππλψινγ θυαντιτατιϖε µετηοδσ το εχονοµιχ ηισ− τορψ. Ατ τηε πρεσσ χονφερενχε αφτερ τηε Νοβελσ ωερε αννουνχεδ, πεοπλε ασκεδ µε, ∆οεσ τηισ πριζε ϖαλιδατε ψουρ απ− προαχη?∏ ανδ Ι τολδ τηεµ, Ψου βετ ιτ δοεσ!∏ ηε εξχλαιµεδ, ηισ εψεσ γλοωινγ ανδ ⇒στ χλενχηεδ. ϑοσεπη Η. Ταψλορ οφ Πρινχετον Υνιϖερ− σιτψ, ωηο χο−δισχοϖερεδ αν υνυσυαλ βι− ναρψ πυλσαρ τηατ ηασ προϖεδ το βε α ϖαλ− υαβλε λαβορατορψ φορ στυδψινγ Εινστειν∏σ τηεορψ οφ ρελατιϖιτψ, ηασ βεεν θυιχκ το σηαρε χρεδιτ ωιτη ηισ µανψ χολλαβορα− τορσ. Ηε αλσο µαδε α ποιντ οφ ινϖιτινγ ϑοχελψν Βελλ Βυρνεττ οφ Βριταιν∏σ Οπεν Υνιϖερσιτψ το αττενδ τηε Νοβελ φεστιϖι− τιεσ. Ιν 1967, ασ ϑοχελψν Βελλ, σηε δε− τεχτεδ τηε ⇒ρστ πυλσαρσ ιν χολλαβορατιον ωιτη ηερ τηεσισ αδϖισερ ατ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Χαµβριδγε, Αντονψ Ηεωιση. Σηε διδ νοτ σηαρε ιν τηε συβσεθυεντ Νοβελ Πριζε, ηοωεϖερ∇α σηαρπ ρεµινδερ τηατ τηε Νοβελ Φουνδατιον∏σ ποωερ το ελε− ϖατε αλσο χονφερσ τηε ποωερ το εξχλυδε. ϑΟΣΕΠΗ ΤΑΨΛΟΡ ρεχειϖεσ α Νοβελ Πριζε ιν Πηψσιχσ φροµ Κινγ Χαρλ ΞςΙ Γυσταφ, αν ηον− ορ ηε σηαρεδ ωιτη Ρυσσελλ Ηυλσε οφ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ, ηισ φορµερ γραδυατε στυδεντ. Τηε περσοναλιτιεσ οφ τηε λαυρεατεσ σηοωεδ υπ στρονγλψ ιν τηειρ Νοβελ λεχ− τυρεσ ασ ωελλ. Μιχηαελ Σµιτη οφ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Βριτιση Χολυµβια βεγαν ηισ χηεµιστρψ πριζε λεχτυρε ωιτη α µετηοδ− ιχαλ, τεχηνιχαλλψ πηρασεδ συρϖεψ οφ τηε ηιστορψ οφ γενετιχσ. Ηε γραδυαλλψ φο− χυσεδ ον ηισ οων ωορκ ιν σιτε−διρεχτεδ µυταγενεσισ, α προχεσσ τηατ αλλοωσ τηε στυδψ ανδ µανιπυλατιον οφ προτεινσ βψ σπεχι⇒χ αλτερατιον οφ τηε ∆ΝΑ τηατ χοδεσ τηειρ στρυχτυρε. Τηε πρεχεδινγ λεχτυρε, βψ Καρψ Β. Μυλ− λισ, α βιοτεχηνολογψ χονσυλταντ, χουλδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ηαρδλψ ηαϖε στρυχκ α µορε δι⇑ερεντ τονε. Ηε πρεσεντεδ α ρεσουνδινγλψ περ− σοναλ στορψ οφ ηισ δισχοϖερψ οφ τηε πολψ− µερασε χηαιν ρεαχτιον (ινϖαριαβλψ σηορτ− ενεδ το ΠΧΡ ). Τηε προχεσσ προϖιδεσ α φαστ ανδ εασψ ωαψ φορ βιολογιστσ το µακε βιλλιονσ οφ χοπιεσ οφ α σινγλε στρανδ οφ ∆ΝΑ. ΠΧΡ ηασ τρεµενδουσλψ φαχιλιτατεδ ωορκ ιν ϖιρτυαλλψ αλλ ασπεχτσ οφ µολεχυ− λαρ βιολογψ, φροµ ∆ΝΑ ⇒νγερπριντινγ το τηε διαγνοσισ οφ γενετιχ δισεασε. Μυλλισ δεσχριβεδ τηε ρεσεαρχη τηατ λεδ το ΠΧΡ ασ ϕυστ ονε χοµπονεντ οφ ηισ λιφε. Ηε ρεχουντεδ τηατ αφτερ γραδυατε Copyright 1994 Scientific American, Inc. COREY S. POWELL ΛΑΤΕ−ΝΙΓΗΤ ΦΕΣΤΙςΙΤΙΕΣ φολλοωινγ τηε Νοβελ βανθυετ βρουγητ ουτ τηε λαυρεατεσ∏ λεσσ σεριουσ σιδε. Ηερε Ταψλορ τρεατσ τηε µεδιχαλ στυδεντσ το σοµε φανχψ πιχκιν∏. σχηοολ ηε ηαδ ηοπεδ το βεχοµε α ωριτ− ερ, βυτ µψ χηαραχτερσ ωερε ⇓ατ, σο Ι ηαδ το γετ α ϕοβ ασ α σχιεντιστ. Αβοϖε αλλ, Μυλλισ ραν αγαινστ τηε γραιν βψ ρελατινγ τηατ, ιν τηε ενδ, τηε τηριλλ οφ τηε δισχοϖ− ερψ οφ ΠΧΡ χουλδ νοτ χοµπενσατε φορ τηε εµοτιοναλ δεϖαστατιον προδυχεδ βψ τηε δισιντεγρατιον οφ ηισ ρελατιονσηιπ ωιτη ηισ γιρλφριενδ. Μυλλισ∏σ λεχτυρε αρουσεδ στρονγ ρε− αχτιον φροµ τηε αυδιενχε, εσπεχιαλλψ αµονγ τηε γρουπ οφ ψουνγ στυδεντσ∇ µοστλψ φεµαλε∇ωηο µοββεδ ηιµ αφ− τερωαρδ. Ισ τηισ κινδ οφ αδυλατιον µορε σατισφψινγ τηαν ωιννινγ τηε Νοβελ Πριζε? Τηε τωο γο ηανδ ιν ηανδ, ηε σαιδ, γριννινγ, βυτ Ι ηαδ γρουπιεσ εϖεν βεφορε τηε Νοβελ Πριζε. Τηε φορµαλ αωαρδινγ οφ τηε Νοβελσ τοοκ πλαχε ον ∆εχεµβερ 10, τηε αν− νιϖερσαρψ οφ Αλφρεδ Νοβελ∏σ δεατη, ιν τηε Στοχκηολµ Χονχερτ Ηαλλ. Τηερε τηε λαυρεατεσ ϕοκεδ νερϖουσλψ ωιτη ονε αν− οτηερ ασ τηεψ αωαιτεδ τηειρ τυρν το ρε− χειϖε τηειρ διπλοµα ανδ µεδαλ φροµ Κινγ Χαρλ ΞςΙ Γυσταφ οφ Σωεδεν. Α φεαστ ιν τηε Στοχκηολµ Χιτψ Ηαλλ σεαλεδ τηε χελεβρατιον. Τορχηεσ ιλλυµι− νατινγ τηε πατη το τηε εντρψωαψ ρε⇓εχτ− εδ εχστατιχαλλψ ο⇑ τηε συρφαχε οφ Λακε Μλαρεν. Ινσιδε, 1,300 γυεστσ σατ ατ 63 ταβλεσ διστριβυτεδ τηρουγη τηε ϖαστ Βλυε Ηαλλ. Ατ ονε ποιντ, τηε στεωαρδσ πουρ− ινγ τηε ωινε αβρυπτλψ δρεω βαχκ ανδ βεγαν το σινγ; τηεψ τυρνεδ ουτ το βε Ορπηει ∆ρνγαρ, τηε ρενοωνεδ µεν∏σ χηοιρ φροµ Υππσαλα. ϑυστ βεφορε δεσ− σερτ, σοπρανο Βαρβαρα Ηενδριχκσ περ− φορµεδ αµιδ αν αρτι⇒χιαλ σνοωφαλλ, βε− νεατη α χονϖινχινγ χανοπψ οφ σταρσ. Αφτερ διννερ, ⇒ϖε οφ τηε λαυρεατεσ γαϖε τηε τραδιτιοναλ σπεεχη οφ τηανκσ, αµονγ τηεµ ωριτερ Τονι Μορρισον, ωηο ποετιχαλλψ χονϕυρεδ υπ τηε σπιριτσ οφ λιτ− ερατυρε ωιννερσ ψετ το χοµε. Ωηεν τηε 20 βανθυετ δισπερσεδ ατ µιδνιγητ, στυ− δεντσ ανδ σοµε οφ τηε Νοβελιστσ φουνδ τηειρ ωαψ το τηε Μεδιχαλ Στυδεντσ∏ ρεχεπ− τιον∇α τραδιτιοναλ βυτ υνο⇔χιαλ εϖεντ ατ τηε Καρολινσκα Ινστιτυτε. Ιν α χροωδ− εδ ροοµ ϖαγυελψ ρεσεµβλινγ α µεδιε− ϖαλ βεερ ηαλλ, στυδεντσ εντερταινεδ τηε λαυρεατεσ ωιτη, αµονγ οτηερ τηινγσ, ⇒ρε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ϕυγγλινγ, α βεερ−βοττλε ορχηεστρα ανδ α σκιτ εξπλαινινγ τηε ποσσιβλε σιγνι⇒χανχε οφ σπλιτ γενεσ. Τωο οφ τηε λαυρεατεσ ρετυρνεδ τηε φα− ϖορ. Ταψλορ δοννεδ α φυννψ νοσε, γλασσ− εσ ανδ α γυιταρ; ηισ ωιφε ϕοινεδ ηιµ φορ α σπιριτεδ ιφ σλιγητλψ ωοββλψ ρενδιτιον οφ Τηισ Λανδ Ισ Ψουρ Λανδ. Μυλλισ λατ− ερ χοντριβυτεδ σοµε ηοαρσε σινγινγ οφ ηισ οων, αλονγ ωιτη α βιτ οφ φρεε−φορµ στανδ−υπ χοµεδψ τηατ ινχλυδεδ α βριεφ παροδψ οφ τηε Κινγ οφ Σωεδεν. Α λιγητ σνοω ωασ φαλλινγ ασ τηε Νοβελ λαυρεατεσ ανδ τηειρ φαµιλιεσ γατηερεδ ιν τηε λοββψ οφ τηε Γρανδ Ηοτελ το δεπαρτ φροµ Στοχκηολµ. Τηε θυιετλψ φαµιλιαρ χονϖερσατιον ανδ ωαρµ σµιλεσ αττεστεδ το τηε σηαρεδ ιντενσιτψ οφ τηε παστ ωεεκ∏σ εϖεντσ. Βυτ ρεπρεσεντατιϖεσ φροµ τηε Σουτη Αφριχαν γοϖερνµεντ ανδ τηε Αφριχαν Νατιοναλ Χονγρεσσ ηαδ βεγυν το ⇒λλ τηε Γρανδ Ηοτελ, ανδ τηε µοοδ οφ τηε λοββψ ηαδ σταρτεδ το χηανγε. Τηε τιµε ηαδ χοµε φορ τηε Νοβελ χψχλε το βεγιν ανεω. ∇Χορεψ Σ. Ποωελλ Ρεφλεχτιονσ ιν α Θυαντυµ Ωελλ Λ ike matchmaking relatives, physicists have for many years been trying to marry superconductors with semiconductors, in the hope of having resistanceless electronic circuits as offspring. Although they will not be sending out birth announcements soon, the mating attempts themselves are proving to be a fascinating study. Recent results by Herbert Kroemer, Chanh Nguyen and Evelyn L. Hu of the University of California at Santa Barbara have demonstrated that an unexpected mechanism mediates superconductivity across a thin piece of semiconductor. The mechanism, called multiple Andreev reflections, also offers researchers a bonus mystery: the reflections behave inexplicably when exposed to a magnetic field. Superconductors carry electricity without resistance because the electrons in them combine in twos to form so-called Cooper pairs. By dancing in step, the members of a pair manage to avoid bumping into each other and thus to move without resistance. The Cooper pairs can also “leak” through the superconductor, penetrating an ordinary conductor to some extent. This leakage, referred to as the proximity effect, enables two superconductors to transmit the resistanceless flow of current across an intervening substance. Kroemer and his colleagues decided to see what would happen if they stretched the distance between superconducting contacts beyond that at which the proximity effect can happen. To do so, they created a “super-semi-super double heterostructure.” That is, they sandwiched an indium arsenide semiconductor between two superconducting niobium contacts spaced a few tenths of a micron apart. The indium arsenide was structured as a quantum well—essentially a thin channel that confines electrons to two dimensions of movement. The quantum well permitted high concentrations of mobile electrons (in effect, creating a “sea” of negative charge). The workers expected to see a certain level of resistance. Instead they found an unusual conductance peak that could not have been caused by Cooper pairs entering the quantum well. “Our contact resistance data are incompatible with the proximity effect as currently understood,” Kroemer says. “The idea that the Cooper pairs penetrate into the semiconductor itself is suddenly in question and needs to be reexamined.” Rather what may mediate the superconductivity are multiple Andreev reflections, a Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τοο Λιττλε, Τοο Λατε? Α τρεατµεντ φορ ηεαρτ ατταχκ µαψ βε δανγερουσλψ υνδερυσεδ Α τηροµβολψτιχ αγεντ χαν σαϖε ψουρ λιφε ιφ ψου συ⇑ερ α ηεαρτ ατταχκ. Βυτ ιν τηε Υ.Σ., ιφ ψου αρε ολδ ορ σλοω ιν γεττινγ το τηε ηοσπιταλ, ψουρ χηανχεσ οφ γεττινγ ονε µαψ βε δισ− τυρβινγλψ ωορσε τηαν ψου∏δ λικε. Συρ− ϖεψσ σηοω τηατ ονλψ αβουτ α τηιρδ οφ αλλ ηεαρτ ατταχκ πατιεντσ ρεχειϖε α τηροµ− βολψτιχ∇ρουγηλψ ηαλφ οφ τηοσε ωηο µαψ βε ελιγιβλε ανδ φαρ βελοω τηε 85 περχεντ µαρκ ατταινεδ ιν παρτσ οφ τηε Υ.Κ. Μορεοϖερ, εϖεν πατιεντσ ωηο δο γετ α τηροµβολψτιχ µυστ οφτεν ωαιτ αλµοστ αν ηουρ ανδ α ηαλφ φορ ιτ, α δελαψ τηατ σιγνι⇒χαντλψ ρεδυχεσ τηε δρυγ∏σ ε⇑εχ− τιϖενεσσ. Βψ ονε εστιµατε, 14,000 µορε λιϖεσ µιγητ βε σαϖεδ αννυαλλψ ιφ πηψσι− χιανσ υσεδ τηροµβολψτιχσ σοονερ ανδ µορε λιβεραλλψ. Ι τηινκ τηε σιτυατιον ισ ιµπροϖινγ, βυτ ιτ∏σ ωοεφυλλψ ιναδε− θυατε, ρεµαρκσ Ανδρεω ϑ. ∆οορεψ οφ τηε Μεδιχαλ Χεντερ οφ ∆ελαωαρε. Στρεπτοκινασε, τισσυε πλασµινογεν αχτιϖατορ ( ΤΠΑ ) ανδ οτηερ τηροµβολψτ− ιχσ ωορκ βψ δισσολϖινγ τηε βλοοδ χλοτσ τηατ βλοχκ χοροναρψ αρτεριεσ ανδ χαυσε ηεαρτ ατταχκσ. Ατ λεαστ ονε στυδψ φουνδ τηατ αδµινιστερινγ τηεσε αγεντσ ωιτηιν αν ηουρ οφ τηε ονσετ οφ χηεστ παιν χυτ µορταλιτψ βψ 90 περχεντ, αλτηουγη µοστ εστιµατεσ πυτ τηε βενε⇒τ ατ α µορε µοδεστ 50 περχεντ. Υνφορτυνατελψ, τηατ γαιν δεχρεασεσ ωηεν τρεατµεντ ισ ποστ− πονεδ, ανδ µοστ πατιεντσ δο νοτ ρεαχη αν εµεργενχψ ροοµ υντιλ ατ λεαστ φουρ ηουρσ αφτερ τηειρ ηεαρτ ατταχκ βεγινσ. Στιλλ, τηροµβολψτιχσ ρεδυχε µορταλιτψ βψ 30 περχεντ ωηεν γιϖεν ωιτηιν τηε ⇒ρστ σιξ ηουρσ ανδ βψ αβουτ 15 περχεντ βε− τωεεν τηε σιξτη ανδ 12τη ηουρσ. Τηε δραωβαχκ οφ τηε δρυγσ ισ τηατ τηεψ προµοτε βλεεδινγ ανδ ραισε τηε οδδσ οφ α ποτεντιαλλψ φαταλ στροκε φροµ αν ιντραχρανιαλ ηεµορρηαγε. Πηψσιχιανσ ηαϖε τηερεφορε τενδεδ το πρεσχριβε χλοτ− βυστερσ ονλψ φορ τηε µινοριτψ οφ πα− τιεντσ ωηο ο⇑ερεδ τηε βεστ ρατιο οφ βενε⇒τσ το ρισκσ. Ιντερφερινγ ωιτη τηε βοδψ∏σ βλοοδ−χλοττινγ µεχηανισµ ισ α σεριουσ βυσινεσσ, χαυτιονσ Η. ςερνον Ανδερσον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τεξασ Ηεαλτη Σχιενχε Χεντερ. Ψου ωαντ το βε ϖερψ, ϖερψ χαρεφυλ. Λαστ φαλλ ιν τηε Νεω Ενγλανδ ϑουρναλ οφ Μεδιχινε, Ανδερσον ανδ ϑαµεσ Τ. Ωιλλερσον οφ τηε Τεξασ Ηεαρτ Ινστιτυτε phenomenon the existence of which Aleksander F. Andreev of the Institute for Physical Problems in Moscow proposed in 1964. At the super-semi interface, an electron from the well enters a superconductor to form a Cooper pair. As it does so, it leaves behind a positively charged “hole” in the sea of electrons in the well. The hole is a kind of mirror image of the electron. According to theory, the hole moves along a time-reversed path of the original electron—that is, the hole travels to the other side of the well. Once the hole reaches the other interface, it breaks up a Cooper pair in the other superconducting contact. One of the Cooper electrons destroys the hole; the other takes up this annihilation energy and shoots across the well back to the other side. The process can repeat once this electron moves across the interface and forms a Cooper pair. In theory, the cycle can go on forever. More startling was the effect’s dependence on an external magnetic field. Kroemer found that a rising magnetic field caused resistance to increase episodically instead of smoothly. The jerkiness or bumpiness of the increasing resistance should involve a fundamental parameter—the flux quantum. The flux quantum dictates that bundles of magnetic-field lines penetrating a sample must take on a particular, discrete value. Instead, Kroemer reports, the measured value is smaller than the predicted one by a factor of four to five. So far no good explanation exists for the oscillations. One speculation is that the magnetic-flux lines assume the form of a lattice as they penetrate the semiconductor. When the magnetic field is increased, the entire lattice shifts suddenly to accommodate the new flux bundles. Kroemer plans to look for the effect in new samples before submitting his results for publication. Multiple Andreev reflections may be more common than previously observed. For instance, Alan W. Kleinsasser of the IBM Thomas J. Watson Research Center and his colleagues will report their observations of the reflections in a quantum structure known as a tunnel junction. So whereas the birth of superconducting computers remains distant, investigators are finding plenty of excitement during the courtship period. Kroemer explains: “The physics for now takes precedence over the hypothetical —Philip Yam applications.” Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 21 ιν Ηουστον ποιντεδ ουτ ϕυστ ηοω χαρε− φυλ πηψσιχιανσ ηαϖε βεεν. Τηιρτψ περ− χεντ οφ αλλ πατιεντσ ωιτη ηεαρτ ατταχκσ δο νοτ γετ τηροµβολψτιχ τηεραπψ, βε− χαυσε τηεψ αρριϖε ατ τηε ηοσπιταλ µορε τηαν σιξ ηουρσ αφτερ παιν βεγινσ∇τοο λατε, ιν τηε πηψσιχιαν∏σ οπινιον. Βεχαυσε τηε ελδερλψ αρε ατ ηιγηερ ρισκ φορ στροκε, 15 περχεντ αρε χονσιδερεδ τοο ολδ. Αν− οτηερ 25 περχεντ αρε δισθυαλι⇒εδ βε− χαυσε τηειρ ελεχτροχαρδιογραµσ δο νοτ συγγεστ τηατ τηροµβολψτιχ τηεραπψ ωουλδ βε ηελπφυλ ορ βεχαυσε τηεψ σεεµ προνε το βλεεδινγ. Αρε τηοσε χριτερια τοο χονσερϖατιϖε? Τηε µορταλιτψ φορ πατιεντσ ιν χλινιχαλ τριαλσ οφ τηροµβολψτιχ τηεραπψ ισ τψπιχαλ− λψ 2 το 10 περχεντ; φορ τηοσε εξχλυδεδ φροµ τηεραπψ, ιτ ισ 15 το 30 περχεντ. Τηεσε αλαρµινγ νυµβερσ συγγεστ τηατ υνλεσσ τηε ρισκσ οφ στροκε ανδ βλεεδινγ ωουλδ βε φαρ ηιγηερ ιν τηε εξχλυδεδ γρουπσ∇αν ασσυµπτιον τηατ ισ εσπε− χιαλλψ θυεστιοναβλε φορ πεοπλε ωηο ηαϖε ϕυστ αρριϖεδ τοο λατε∇τηοσε πατιεντσ, τοο, ωουλδ βενε⇒τ φροµ τηροµβολψτιχ τηεραπψ. Ινδεεδ, Ανδερσον ανδ Ωιλλερ− σον νοτε τηατ πατιεντσ ολδερ τηαν 75 ψεαρσ ωερε αµονγ τηε γρουπσ ωηο µοστ βενε⇒τεδ ιν χλινιχαλ τριαλσ βεχαυσε τηεψ συ⇑ερ τηε µοστ ηεαρτ ατταχκσ. ∆οορεψ βελιεϖεσ περηαπσ ασ µανψ ασ 60 περχεντ οφ αλλ ηεαρτ ατταχκ ϖιχτιµσ µιγητ θυαλιφψ φορ τηροµβολψτιχ τηεραπψ. Ιν τηε ∆εχεµβερ 1992 ισσυε οφ τηε ϑουρναλ οφ τηε Αµεριχαν Μεδιχαλ Ασσοχι− ατιον, ηε, Εριχ Λ. Μιχηελσον οφ Ηαηνε− µανν Υνιϖερσιτψ ανδ Εριχ ϑ. Τοπολ οφ τηε Χλεϖελανδ Χλινιχ Φουνδατιον τριεδ το εσ− τιµατε τηε ποτεντιαλ ιµπαχτ οφ τηροµ− βολψτιχσ. Τηεψ χονχλυδεδ τηατ εξπανδ− εδ υσε οφ τηροµβολψτιχσ χουλδ τριπλε τηε νυµβερ οφ λιϖεσ σαϖεδ, φροµ 7,200 το 21,950 αννυαλλψ. Σοµε αδϖοχατεσ ινσιστ τηατ χοµ− πελλινγ εϖιδενχε φορ α βροαδερ υσε οφ τηροµβολψτιχσ ηασ εξιστεδ σινχε ατ λεαστ 1988, ωηεν τηε Σεχονδ Ιντερνατιοναλ Στυδψ οφ Ινφαρχτ Συρϖιϖαλ (ΙΣΙΣ−2) ωασ ρε− λεασεδ. Ανδ µανψ πηψσιχιανσ ιν Ευροπε σεεµ το ηαϖε χονχλυδεδ τηατ αγγρεσσιϖε υσε οφ τηροµβολψτιχσ ισ ωαρραντεδ. Α ρεπορτ ιν τηε Λανχετ λαστ Οχτοβερ χλαιµσ τηατ 85 περχεντ οφ τηε ηεαρτ ατταχκ πα− τιεντσ ιν σοµε Ενγλιση ηοσπιταλσ ρε− χειϖεδ τηροµβολψτιχσ. Ιτ αλσο ποιντσ ουτ, ηοωεϖερ, τηατ ρεγιοναλ ηοσπιταλσ ϖαριεδ γρεατλψ ιν τηειρ πραχτιχεσ: σοµε ηοσπι− ταλσ υσεδ τηεµ ονλψ ηαλφ τηατ οφτεν. Ιτ∏σ ηαρδ το ηαϖε α ηανδλε ον ηοω µυχη υνδερυτιλιζατιον τηερε ισ ριγητ νοω, Τοπολ αργυεσ. Ιτ αππεαρσ το βε µυχη λεσσ τηαν ιτ ωασ εϖεν α χουπλε οφ ψεαρσ αγο. Φορ πατιεντσ ολδερ τηαν 75 ψεαρσ, ηε σαψσ, τηε ρατε οφ τρεατµεντ ηασ ϕυµπεδ φροµ 2 το 15 περχεντ. Χλινιχαλ ρεχορδσ φροµ τηε Γλοβαλ Υτιλιζατιον οφ Στρεπτοκινασε ανδ ΤΠΑ φορ Οχχλυδεδ 22 Copyright 1994 Scientific American, Inc. RON COPPOCK Liaison International ΗΕΑΡΤ ΑΤΤΑΧΚ ΠΑΤΙΕΝΤΣ χαν οφτεν βενε⇒τ φροµ γεττινγ χλοτ−βυστινγ δρυγσ, βυτ µανψ ωηο σηουλδ βε ελιγιβλε µαψ στιλλ νοτ βε ρεχειϖινγ τηεµ. Χοροναρψ Αρτεριεσ ( ΓΥΣΤΟ ) τριαλ, ωηιχη ηε συπερϖισεδ, συγγεστεδ τηατ ωε∏ρε τρεατινγ ωελλ οϖερ 80 περχεντ οφ τηε απ− προπριατε πατιεντσ. Βυτ Ρορψ Χολλινσ οφ Ραδχλι⇑ε Ιν⇒ρµ− αρψ ατ τηε Χλινιχαλ Τριαλ Σερϖιχε Υνιτ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Οξφορδ δισσεντσ φροµ τηατ ϖιεω. Α λεαδερ οφ τηε ΙΣΙΣ−4 τριαλ ρε− λεασεδ λαστ Νοϖεµβερ, Χολλινσ στατεσ τηατ τηε Υ.Σ. ωασ δοων ιν τηε λοωερ ενδ ανδ τηε Υ.Κ. ωασ υπ ιν τηε τοπ ενδ ιν φρεθυενχψ οφ τηροµβολψτιχ υσε. Ι τηινκ α λοτ οφ πεοπλε αρε στιλλ υνχερταιν αβουτ ωηετηερ τηεψ σηουλδ βε τρεατινγ βε− ψονδ σιξ ηουρσ, ηε ϖεντυρεσ. Τηατ ισ χηανγινγ, βυτ ιτ µαψ βε χηανγινγ ατ δι⇑ερεντ ρατεσ ιν δι⇑ερεντ πλαχεσ. Ρεσιστανχε το α τηεραπψ τηατ µαψ ρου− τινελψ κιλλ ονε ορ τωο ουτ οφ εϖερψ 1,000 πατιεντσ ισ υνδερστανδαβλε ιν α προφεσ− σιον τραινεδ το οβεψ τηε µοττο πριµυµ νον νοχερε, ⇒ρστ δο νο ηαρµ. Εµερ− γενχψ ροοµ ιντερνιστσ µυστ µακε ραπιδ δεχισιονσ, ον τηε βασισ οφ ινχοµπλετε ινφορµατιον, αβουτ τηε χαρε οφ πατιεντσ τηεψ ηαϖε υσυαλλψ νεϖερ σεεν βεφορε. Τηεψ οφτεν ωειγητ τηειρ οων εξπεριενχε ανδ τηατ οφ τηειρ χολλεαγυεσ µορε ηεαϖ− ιλψ τηαν χλινιχαλ ρεπορτσ∇ωηιχη µαψ εξ− πλαιν ωηψ τηε υσε οφ τηροµβολψτιχσ τενδσ το βε ηιγηερ ιν ηοσπιταλσ τηατ ηαϖε παρτιχιπατεδ ιν χλινιχαλ τριαλσ. Φεαρ οφ λιαβιλιτψ αλσο ηαυντσ σοµε Υ.Σ. δοχ− τορσ, ∆οορεψ οβσερϖεσ. Βεττερ πρεσχριπτιϖε γυιδελινεσ µαψ σοον αππεαρ ιν αν υπχοµινγ παπερ ιν τηε Λανχετ, ιν ωηιχη Χολλινσ ανδ ηισ χολ− λεαγυεσ µακε νεω ρεχοµµενδατιονσ φορ γιϖινγ τηροµβολψτιχ τηεραπψ το τηε ελδερλψ, πεοπλε ωιτη ηιστοριεσ οφ στροκεσ ανδ οτηερ χατεγοριεσ οφ πατιεντσ. Ιτ πυτσ τογετηερ αλλ τηε δατα ον τηε συβ− γρουπσ ωε ηαϖε φροµ τηε λαργε−σχαλε τριαλσ, ανδ ιτ ηελπσ το γυιδε τρεατµεντ φορ ινδιϖιδυαλσ, ηε σαψσ. Θυιτε ασιδε φροµ τηε ισσυε οφ ωηετη− ερ µορε χατεγοριεσ οφ πατιεντσ σηουλδ ρεχειϖε τηροµβολψτιχσ, µοστ εξπερτσ βε− λιεϖε τηε τηεραπψ σηουλδ βε αδµινισ− τερεδ µυχη µορε προµπτλψ. Στυδιεσ σηοω τηατ φροµ τηε τιµε ελιγιβλε πα− τιεντσ ιν τηε Υ.Σ. ρεαχη αν εµεργενχψ ροοµ, τηεψ µυστ ωαιτ αν αϖεραγε οφ αβουτ 85 µινυτεσ βεφορε τηειρ τηροµ− βολψτιχ τηεραπψ βεγινσ. Τηατ δελαψ νοτ ονλψ λοωερσ τηε βενε⇒τ οφ τηε τηροµβο− λψτιχσ, ατ σοµε ηοσπιταλσ ιτ πυσηεσ πα− τιεντσ ουτσιδε τηε αχχεπτεδ ιντερϖαλ φορ τρεατµεντ. ∆οορεψ ανδ οτηερσ αρε χονϖινχεδ τηισ δοορ−το−νεεδλε τιµε χαν ανδ σηουλδ βε χυτ το 20 µινυτεσ ορ λεσσ. Το φαχιλι− τατε τηε τρεατµεντ, µοστ γοοδ ηοσπι− ταλσ αρε σεττινγ υπ µυλτιδισχιπλιναρψ, ιν− τερδεπαρτµενταλ τεαµσ, ∆οορεψ εξ− πλαινσ. Τηεψ∏ρε λικε τηε χοδε−βλυε τεαµσ τηατ τρεατ τραυµα. Σοµε προπονεντσ ηαϖε συγγεστεδ τηατ τηροµβολψτιχ τηερ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 απψ χουλδ βε σταρτεδ ιν αµβυλανχεσ εν ρουτε το τηε ηοσπιταλ, βυτ τηε εϖιδενχε φορ τηε βενε⇒τ οφ τηισ χοντροϖερσιαλ πραχτιχε ισ υνχερταιν. Ωε∏ρε ταλκινγ αβουτ υπ το α 90 περ− χεντ ρεδυχτιον ιν µορταλιτψ φροµ τηε βιγγεστ κιλλερ ιν τηε Ωεστερν ωορλδ, ∆οορεψ ινσιστσ. Τηατ, Ι τηινκ, ισ τηε βιγγεστ µεδιχαλ αδϖανχε ιν τηισ χεντυρψ ουτσιδε οφ αντιβιοτιχσ. Βυτ ιτ χαννοτ λιϖε υπ το τηατ ποτεντιαλ υνλεσσ πηψσι− χιανσ υσε ιτ µορε οφτεν. ∇ϑοην Ρεννιε ΕΡΥΠΤΙΟΝ οφ Μουντ Πινατυβο ιν ϑυνε 1991 µαψ βε ρεσπονσιβλε φορ λοωερ χαρβον διοξιδε εµισσιονσ µεασυρεδ ιν τηε ατµοσπηερε σινχε τηεν. σιδεραβλε ερρορ ιν τηατ. Ιτ ισ ϖερψ δεπεν− δεντ ον ηοω γοοδ ουρ χαλιβρατιον ισ. Ινδεεδ, ρεσεαρχηερσ µεασυρινγ τηε χαρ− βον ισοτοπε ρατιο ηαϖε ρεπορτεδ δι⇑ερ− εντ ρεσυλτσ ατ ϖαριουσ µεετινγσ οϖερ τηε παστ ψεαρ. Χηαρλεσ Κεελινγ∏σ δατα ινιτιαλ− λψ ινδιχατεδ α λαργε σινκ ατ σεα. Αφτερ χορρεχτιονσ ωερε µαδε το ηισ χαλιβρα− τιον, τηε ρεσυλτσ ινστεαδ ποιντεδ το α σινκ πρεδοµιναντλψ ον λανδ. Οξψγεν εµισσιονσ, ον τηε οτηερ ηανδ, συππορτ ψετ ανοτηερ ιδεα. Ιτ∏σ φαιρλψ χλεαρ τηατ τηε λανδ διδ νοτ βεηαϖε ιν α τψπιχαλ ωαψ φορ αν Ελ Νιο, βυτ τηε οξψ− γεν δατα συγγεστ τηατ µαψβε τηε οχεανσ αλσο βεηαϖεδ στρανγελψ, Ραλπη Κεελινγ σαψσ. ϑυστ ασ δι⇑ερεντ ⇓αϖορσ οφ χαρβον ισοτοπεσ αρε πρεφερρεδ βψ συρφ−ανδ−τυρφ ρεαχτιονσ, σο, τοο, ϖαρψινγ προπορτιονσ οφ οξψγεν ανδ χαρβον αρε ενγαγεδ τηρουγη τηε φορµατιον ανδ χονσυµπ− τιον οφ οργανιχ µαττερ. Ιν αδδιτιον, χαρ− βον ισ θυιτε ρεαχτιϖε ατ σεα, ωηερεασ οξψγεν ισ χηεµιχαλλψ νευτραλ. Αφτερ χονσιδεραβλε νυµβερ χρυνχη− ινγ, τηεσε φαχτσ τακεν τογετηερ ιµπλψ τηατ ιφ τηε σινκ ωερε πριµαριλψ ον λανδ, ασ τηε χαρβον ισοτοπε ρεαδινγσ συγγεστ, τηε χηανγε ιν τηε γροωτη ρατε οφ ατµο− σπηεριχ οξψγεν σηουλδ βε νεαρλψ εθυιϖ− αλεντ το τηε ρεχεντ χηανγε φορ χαρβον διοξιδε. Ιν φαχτ, Ραλπη Κεελινγ ηασ οβ− σερϖεδ οξψγεν εµισσιονσ τηατ ροσε αβουτ τωιχε ασ σηαρπλψ ασ τηε ρατε βψ ωηιχη χαρβον διοξιδε εµισσιονσ φελλ αφ− τερ τηε Πινατυβο εϖεντ. Τηισ ⇒νδινγ ιν− διχατεσ τηατ σιγνι⇒χαντ χηανγεσ τοοκ πλαχε ιν τηε οχεανσ. Νο µαττερ ωηερε τηισ χαρβον σινκ εξιστεδ, σχιεντιστσ φαχε τηε αδδιτιοναλ χηαλλενγε οφ ⇒γυρινγ ουτ ηοω ιτ ηαπ− πενεδ. Τηερε αρε σεϖεραλ µοδελσ βασεδ ον τηε φαλλουτ φροµ Πινατυβο τηατ χουλδ χονχειϖαβλψ ιλλυστρατε ωηψ χαρβον διοξ− ιδε εµισσιονσ πλυµµετεδ. Γλοβαλ χοολ− ινγ, µεασυρεδ ιν τηε λοω τροποσπηερε ϖια σατελλιτε, προϖιδεσ ονε χοµπελλινγ πατηωαψ. Συχη χοολινγ χουλδ α⇑εχτ τηε βαλανχε βετωεεν πηοτοσψντηεσισ ανδ ρεσπιρατιον ον λανδ ανδ χουλδ λεαδ το αν ινχρεασεδ νετ υπτακε οφ χαρβον δι− οξιδε ιν τηε οχεανσ. Ιτ χουλδ χαυσε α βιγ, σηορτ−τερµ ϕολτ το τηε χαρβον βαλανχε. Ιν 1994, ιφ τηε τεµπερατυρε χοµεσ βαχκ το νορµαλ, ωε σηουλδ γετ νορµαλ χαρβον διοξιδε γροωτη αγαιν, Τανσ νοτεσ. Σο, ισ γλοβαλ ωαρµινγ ον τηε ωαψ ουτ? Τανσ δοεσ νοτ τηινκ σο. Τηε δεχλινε ιν ατµοσπηεριχ χαρβον διοξιδε αχχυµυλα− τιον, ηε βελιεϖεσ, ισ τεµποραρψ. Ραλπη Κεελινγ αγρεεσ. Τηατ τηε χαρβον διοξ− ιδε γροωτη ωιλλ σταψ λοω ισ δουβτφυλ, ηε σαψσ. Βυτ τηισ ισ ρελεϖαντ ατ λεαστ ιν τηε σενσε τηατ ιτ σηοωσ ωε δον∏τ ρεαλλψ κνοω ωηατ∏σ ηαππενινγ ωιτη ρεσπεχτ το τηε µοστ ιµπορταντ µαν−µαδε γρεεν− ηουσε γασ. ∇Κριστιν Λευτωψλερ 24 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Νο Γλοβαλ Ωαρµινγ? ΧΟ2 ρεαδινγσ ον Μαυνα Λοα σηοω δεχλινινγ εµισσιονσ Σ ALBERTO GARCIA SABA ινχε 1958, ωηεν ρεσεαρχηερσ ⇒ρστ βεγαν το µεασυρε τηε ρατε ατ ωηιχη χαρβον διοξιδε αχχυµυ− λατεσ ιν τηε ατµοσπηερε, τηεψ ηαϖε σεεν α χονσιστεντ ινχρεασε, περτυρβεδ ονλψ βψ µινορ σεασοναλ ⇓υχτυατιονσ. Τηεν, αβουτ φουρ ψεαρσ αγο, τηε τρενδ βεγαν το ωαϖερ. Φιρστ α δεχλινε σετ ιν, φολλοωεδ βψ α πλατεαυ. Αφτερ τηατ, τηε δεχλινε ρε− συµεδ∇σηαρπλψ. Τηε εϖεντ ηασ λεφτ σχι− εντιστσ, ινχλυδινγ τηοσε ατ τηε οβσερϖα− τορψ ον Μαυνα Λοα ιν Ηαωαιι, εσταβ− λισηεδ βψ τηε λατε Ηαρρψ Ωεξλερ το µακε τηε µεασυρεµεντσ, ωονδερινγ ωηατ ηασ ηαππενεδ. Αδδινγ το τηε χονφυσιον, σαψσ Χηαρλεσ ∆. Κεελινγ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορ− νια ατ Σαν ∆ιεγο, ωηο ηασ οπερατεδ α γασ αναλψζερ ατ τηε οβσερϖατορψ σινχε ιτσ φουνδινγ, ισ τηε φαχτ τηατ αχχυµυλα− τιον σταρτεδ το σλυµπ ωηιλε τηε ατµο− σπηερε ωασ ιν τηε τηροεσ οφ αν Ελ Νιο, α περιοδιχ σηιφτ ιν τηε χιρχυλατιον οφ τραδε ωινδσ οϖερ τηε Παχι⇒χ τηατ α⇑εχτσ γλοβαλ ωεατηερ ανδ οχεαν χυρρεντσ. ∆υρ− ινγ αν Ελ Νιο, συχη ασ τηοσε οφ 1982∠ 83 ανδ 1986∠87, ατµοσπηεριχ χαρβον διοξιδε λεϖελσ τενδ το ρισε φαστερ τηαν τηεψ δο ατ οτηερ τιµεσ. Κεελινγ συσπεχτσ τηατ πλαντσ ανδ σοιλσ ρελεασε µορε χαρ− βον διοξιδε δυρινγ αν Ελ Νιο βεχαυσε ωηεν αν Ασιαν µονσοον χολλαπσεσ, ιτ χαυσεσ δρουγητ χονδιτιονσ. Ωηατεϖερ ηασ βεεν ρεδυχινγ χοντριβυτιονσ οφ χαρ− βον διοξιδε το τηε ατµοσπηερε ηαδ συχη αν ιµπαχτ τηατ ιτ εντιρελψ οϖερροδε τηε ε⇑εχτσ οφ αν Ελ Νιο. Ανψ νυµβερ οφ εϖεντσ µιγητ ηαϖε ηαδ συχη χλιµατιχ χλουτ. Σχιεντιστσ χαν ελιµινατε ονλψ ονε εξπλανατιον ιµµε− διατελψ: τηε αµουντ οφ χαρβον διοξιδε ρελεασεδ φροµ βυρνινγ φοσσιλ φυελσ ηασ νοτ δεχλινεδ. Τηε νεξτ µοστ οβϖιουσ χανδιδατε ισ τηε ϑυνε 1991 ερυπτιον οφ Μουντ Πινατυβο ιν τηε Πηιλιππινεσ. Τηε λινκ το τηε ερυπτιον ισ πρεττψ σπεχυλα− τιϖε, βυτ ιτ∏σ αν αττραχτιϖε τηινγ το τηινκ αβουτ βεχαυσε οφ τηε χοινχιδενχε ιν τιµε, σαψσ Ραλπη Φ. Κεελινγ, Χηαρλεσ Κεελινγ∏σ σον ανδ χολλεαγυε ατ Υ.Χ.Σ.∆. Οφ χουρσε, δισχοϖερινγ ωηετηερ τηε µψσ− τερψ σουρχε εξιστεδ ατ λανδ ορ ατ σεα ωουλδ ναρροω τηε σεαρχη φυρτηερ. Υν− φορτυνατελψ, δι⇑ερεντ τεστσ ηαϖε ψιελδεδ χον⇓ιχτινγ χλυεσ. Τηε ρατιο οφ χαρβον 13 το χαρβον 12 ιν τηε ατµοσπηερε ισ ονε συχη µεα− συρε. Πηοτοσψντηεσισ ον λανδ πρεφερσ τηε λιγητερ ισοτοπε, ωηερεασ γασ εξ− χηανγε ατ σεα δισχριµινατεσ ονλψ σλιγητ− λψ βετωεεν τηε τωο. Ωε σαω τηε ρατιο γο υπ, ωηιχη ωουλδ ιµπλψ αν ινχρεασεδ χαρβον διοξιδε υπτακε βψ τηε τερρεστρι− αλ βιοσπηερε, σαψσ Πιετερ Π. Τανσ οφ τηε Νατιοναλ Οχεανιχ ανδ Ατµοσπηεριχ Αδ− µινιστρατιον. Βυτ τηερε χουλδ βε χον− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Φερτιλε Γρουνδ οφ τηε γενε οφ ιντερεστ ορ βψ ινϕεχτινγ ⇓υορεσχεντ ∆ΝΑ προβεσ τηατ χαν βε µαδε το ηοµε ιν ον χερταιν µυτατιονσ. Ιφ τηε εµβρψο ισ ϕυδγεδ αχχεπταβλε, ιτ ισ τρανσφερρεδ (οφτεν ωιτη σεϖεραλ οτηερσ) βαχκ ιντο τηε ωοµαν. Τηε αναλψσισ ισ τψπιχαλλψ περφορµεδ ιν α σινγλε δαψ το µαξιµιζε τηε οδδσ τηατ ατ λεαστ ονε εµβρψο ωιλλ ατταχη ιτσελφ το τηε υτερινε ωαλλ ανδ λαυνχη α πρεγνανχψ. Ασ οφ ∆εχεµβερ, ρεσεαρχηερσ χουλδ βοαστ οφ ατ λεαστ 18 συχη πρεγνανχιεσ. ∆εσπιτε ωορριεσ αβουτ αχχυραχψ∇τηε τεστσ ηαϖε ρεπορτεδλψ φαιλεδ το διαγνοσε α⇐ιχτεδ εµβρψοσ ιν τηρεε χασεσ∇τηε σχρεενινγ τεχηνιθυεσ αρε µοϖινγ ραπιδ− λψ τοωαρδ χλινιχαλ υσε ιν ΙςΦ χεντερσ. Τηερε αρε µορε τηαν 300 συχη χεντερσ ιν τηε Υ.Σ., µοστ οφ τηεµ πριϖατε ανδ λαργελψ υνρεγυλατεδ. Χαρλενε Ω. Ελσνερ, α χλινιχιαν ατ Ρεπροδυχτιϖε Βιολογψ Ασ− σοχιατεσ ιν Ατλαντα, πλανσ το ο⇑ερ γενετ− ιχ εµβρψο τεστινγ το πατιεντσ λατερ τηισ ψεαρ. Ωε χουλδ δο ιτ νεξτ τρεατµεντ χψχλε ιφ ωε ωαντεδ το, σηε σαψσ. Βυτ σοµε χλινιχαλ ρεσεαρχηερσ τηινκ τηε τεστσ αρε νοτ ψετ ρεαδψ φορ χοµµερ− χιαλ υσε. Τηε ωαψ τηεψ αρε δονε ιν τηε αχαδεµιχ σεττινγ ωουλδν∏τ ωορκ ιν τηε χλινιχ, σαψσ ∆οναλδ Σ. Ωοοδ, ϖιχε πρεσ− ιδεντ οφ σχιενχε ανδ τεχηνολογψ φορ ΙςΦ Αµεριχα, ωηιχη οπερατεσ σιξ φερτιλιτψ χλινιχσ. Ηαϖινγ το προδυχε χονχλυσιϖε ρεσυλτσ ιν α σινγλε δαψ πλαχεσ α λοτ οφ πρεσσυρε ον δοχτορσ∇Τηισ ισ νοτ σοµε− τηινγ ψου ωαντ το ρυση, ηε αργυεσ. Ωοοδ σαψσ ΙςΦ Αµεριχα ηασ ωορκεδ ουτ α ωαψ το φρεεζε εµβρψοσ αφτερ α χελλ ηασ βεεν ρεµοϖεδ σο τηατ ρεσεαρχηερσ χαν δο τηειρ αναλψσισ ατ α µορε λεισυρε− λψ παχε. Αχχεπταβλε εµβρψοσ χαν τηεν βε τηαωεδ ανδ ρετυρνεδ το τηειρ µοτη− ερ δυρινγ α λατερ µενστρυαλ χψχλε. Τηε ΙςΦ ρεσεαρχηερσ πιονεερ χοµπανψ ισ πλαννινγ τηρεε χλινιχαλ τρι− τηε βιοετηιχαλ φροντιερ αλσ το τεστ τηε ιδεα. Μεανωηιλε Ηυγηεσ ισ χολλαβορατινγ ηεν ρεσεαρχηερσ ατ Γεοργε ωιτη Αλαν Η. Ηανδψσιδε οφ Ηαµµερ− Ωασηινγτον Υνιϖερσιτψ χλονεδ σµιτη Ηοσπιταλ ιν Λονδον το ινχρεασε 17 δψσφυνχτιοναλ ηυµαν εµ− τηε νυµβερ οφ δισορδερσ φορ ωηιχη α βρψοσ λαστ συµµερ, τηεψ ωερε τεστινγ α σινγλε εµβρψονιχ χελλ χαν βε σχρεενεδ ποσσιβλε νεω τοολ φορ ιν ϖιτρο φερτιλιζα− σιµυλτανεουσλψ. Ωε χαν χυρρεντλψ εξ− τιον ( ΙςΦ ). Τηειρ εξπεριµεντ οπενεδ α αµινε 10 δι⇑ερεντ γενετιχ λοχατιονσ Πανδορα∏σ βοξ οφ ηψποτηετιχαλ µοραλ φροµ ονε χελλ, Ηυγηεσ σαψσ. Ιτ λοοκσ χονχερνσ∇αν ινχρεασινγλψ φαµιλιαρ εξ− ασ τηουγη ψου µαψ βε αβλε το δο ασ περιενχε ιν ΙςΦ ρεσεαρχη∇αµονγ τηεµ µανψ ασ 28 υσινγ ∆ΝΑ αµπλι⇒χατιον. τηε προσπεχτ τηατ µανψ ιδεντιχαλ χοπιεσ Ιν τηε πριϖατε σεχτορ, ρεσεαρχη ισ προ− οφ αν ινδιϖιδυαλ µιγητ σοµεδαψ βε χρε− χεεδινγ αλονγ σλιγητλψ δι⇑ερεντ λινεσ το− ατεδ. Βυτ τηε πυβλιχ υπροαρ τηατ φολ− ωαρδ α σιµιλαρ γοαλ. Ωοοδ τηινκσ τηε λοωεδ ηασ οβσχυρεδ α µυχη µορε ιµ− πολψµερασε χηαιν ρεαχτιον χυρρεντλψ µεδιατε ετηιχαλ ισσυε: ηοω ανδ ωηεν το υσεδ το σεαρχη φορ µυτατιονσ ισ τοο τεστ εµβρψοσ φορ γενετιχ δισορδερσ. σλοω ανδ δεστρυχτιϖε. Ιτ ωουλδ βε φαρ Ωε ηαϖε δεϖελοπεδ τεστσ φορ χψστιχ βεττερ το βε αβλε το δροπ τηε σαµπλεδ ⇒βροσισ, ∆υχηεννε∏σ µυσχυλαρ δψστρο− χελλ ιν α χοχκταιλ οφ προβεσ ανδ ηαϖε τηε πηψ, µψοτονιχ δψστροπηψ, Λεσχη−Νψηαν ρεσυλτσ ιν 30 µινυτεσ, ηε σαψσ, αδδινγ σψνδροµε, ωηιχη ισ α ϖιχιουσ νευρολογ− τηατ ΙςΦ Αµεριχα ισ δεϖελοπινγ προβεσ ιχαλ δισορδερ, Ταψ−Σαχησ δισεασε, ανδ ηε− φορ χηροµοσοµαλ δεφεχτσ τηατ χουλδ µοπηιλια Α, ωηιχη ισ α χλοττινγ δε⇒χιεν− δο ϕυστ τηατ. Αλτηουγη τηεψ χουλδ νοτ χψ. Ανδ ωε αρε ωορκινγ ον φραγιλε Ξ, ιδεντιφψ µυτατιονσ ιν ινδιϖιδυαλ γενεσ, αν ινηεριτεδ µενταλ ρεταρδατιον σψν− Ωοοδ χλαιµσ τηατ τηε προβεσ χουλδ βε δροµε, ρεπορτσ Μαρκ Ρ. Ηυγηεσ, διρεχ− ρεµοϖεδ ωιτηουτ δαµαγινγ τηε χελλ, σο τορ οφ τηε Βαψλορ Χολλεγε οφ Μεδιχινε∏σ τηατ ανοτηερ βαττερψ οφ δι⇑ερεντ τεστσ πρεναταλ γενετιχσ χεντερ. χουλδ βε ρυν. Ωε∏ρε στιλλ τηρεε το ⇒ϖε Φροµ α τεχηνολογιχαλ περσπεχτιϖε, τηισ ψεαρσ αωαψ φροµ χλινιχαλ υσε, ηε σαψσ, ισ α ρεµαρκαβλε φεατ. Τηε τεχηνιθυε ιν− βυτ ωε∏ρε φαρ ενουγη αλονγ τηατ ωε ϖολϖεσ ρετριεϖινγ εγγσ φροµ α ωοµαν∏σ κνοω ιτ∏σ γοινγ το ηαππεν. οϖαρψ, φερτιλιζινγ τηεµ ιν ϖιτρο ανδ λετ− Τηε εµεργινγ χαπαβιλιτψ το τεστ φορ τινγ τηεµ γροω το τηε ειγητ−χελλ σταγε. µανψ δι⇑ερεντ γενετιχ ανδ χηροµοσο− Ονε ορ τωο οφ τηε χελλσ αρε τηεν ρε− µαλ δισορδερσ ηασ σοµε ετηιχιστσ ωορ− µοϖεδ φροµ τηε εµβρψο ανδ αναλψζεδ ριεδ τηατ τηε τεχηνολογψ µιγητ βε υσεδ βψ µακινγ µιλλιονσ οφ χοπιεσ οφ ονε βιτ φορ σχρεενινγ εµβρψοσ ρεγαρδλεσσ οφ ανψ κνοων ρισκ οφ ινηεριτεδ δισεασε. Τηισ ισ παρτιχυλαρλψ διστυρβινγ ιν τηε αβσενχε οφ α χονσενσυσ αβουτ ωηατ ισ ανδ ισ νοτ α δισορδερ. Α 1990 συρ− ϖεψ χονδυχτεδ βψ ∆οροτηψ Χ. Ωερτζ, α σενιορ σχιεντιστ ωιτη τηε Σηριϖερ Χεντερ φορ Μενταλ Ρεταρδατιον, φουνδ τηατ 12 περχεντ οφ τηοσε πολλεδ ωουλδ τερµινατε α πρεγνανχψ ιφ τηεψ δισχοϖερεδ τηατ τηε φετυσ ποσ− σεσσεδ α γενε φορ υντρεατ− αβλε οβεσιτψ. ( Νο συχη γενε ισ κνοων.) Μοστ πηψσιχιανσ ωουλδ χονσιδερ τηατ υνετηι− χαλ. Ψετ, Ωερτζ ρεπορτσ, ιν α 1985 πολλ τηε ϖαστ µαϕοριτψ οφ πραχτιτιονερσ σαιδ τηεψ ωουλδ περφορµ αµνιοχεντεσισ ανδ χηροµοσοµε αναλψσισ οφ α φετυσ ατ α πατιεντ∏σ ρεθυεστ ωιτηουτ ανψ µεδιχαλ ρεασον. Α φεω ΙςΦ χλινιχσ ηαϖε ρε− πορτεδλψ βεγυν ο⇑ερινγ το σε− λεχτ εµβρψοσ οφ α παρτιχυλαρ γενδερ εϖεν φορ τηοσε ωηο ΓΕΝΕΤΙΧ ΜΥΤΑΤΙΟΝΣ χαν βε ιδεντι⇒εδ βεφορε πρεγνανχψ βεγινσ βψ συχκινγ ονε χελλ ουτ οφ αν ειγητ−χελλ εµβρψο ανδ αµπλιφψινγ βιτσ οφ ∆ΝΑ. Τηε ρεµαινδερ χαν γροω ιντο α ηεαλτηψ βαβψ. ηαϖε νο ηιστορψ οφ σεξ−λινκεδ JUAN COTA Baylor College of Medicine Ω 26 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. δισεασε. Τηισ ισ ινεϖιταβλε, Ωοοδ ωαρνσ. Ψου∏ρε γοινγ το σεε σεξ σελεχ− τιον βεχοµε µορε ωιδεσπρεαδ. Ωερτζ, ωηο ισ ταλλψινγ τηε ρεσυλτσ οφ α ρεχεντ συρϖεψ, χλαιµσ ιτ ινδιχατεσ τηατ περηαπσ ηαλφ οφ τηε γενετιχιστσ ιν τηε Υ.Σ. ηαϖε ηαδ α ρεθυεστ φορ σεξ σελεχτιον. ϑοην Χ. Φλετχηερ, α βιοετηιχιστ ατ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ ςιργινια, ωορριεσ αβουτ σελεχτ− ινγ εµβρψοσ φορ τραιτσ τηατ δον∏τ ηαϖε ανψτηινγ το δο ωιτη δισεασε. Σοχιετψ ηασ αν ιντερεστ ιν τρψινγ το ηελπ πεοπλε σοβερ υπ ρατηερ τηαν εντερταινινγ φαν− τασιεσ αβουτ τηε ιδεαλ χηιλδ, ηε σαψσ. Ηυγηεσ δισµισσεσ τηε νοτιον τηατ εµβρψο τεστινγ µιγητ λεαδ το αν ιν− χρεασε ιν υνετηιχαλ ρεπροδυχτιϖε χηοιχ− εσ. Ριγητ νοω ψου χαν τερµινατε ανψ πρεγνανχψ φορ αλµοστ ανψ ρεασον υπ υντιλ 20 ωεεκσ, ηε αργυεσ. Ωε τηινκ οφ τεστινγ ασ αν αλτερνατιϖε το αβορτιον, βεχαυσε ιτ αλλοωσ ψου το µακε τηε δεχι− σιον βεφορε α πρεγνανχψ εϖεν βεγινσ. Ιφ τηε δεβατε ωερε λιµιτεδ το τεστ−τυβε βαβιεσ, µανψ ετηιχαλ θυεστιονσ µιγητ βε µοοτ. Αφτερ αλλ, οφ τηε µορε τηαν τηρεε µιλλιον χουπλεσ ιν τηε Υ.Σ. τηουγητ το βε υναβλε το ρεπροδυχε ωιτηουτ ΙςΦ, ονλψ αβουτ 20,000 γο το χλινιχσ εϖερψ ψεαρ. Χοστσ οφ ∃6,000 το ∃10,000 περ τρεατµεντ κεεπ µανψ αωαψ. Οτηερσ ρε− χοιλ ωηεν τηεψ λεαρν τηατ 85 περχεντ οφ ΙςΦ τρεατµεντσ φαιλ το προδυχε βαβιεσ. Ραπιδ αδϖανχεσ ιν τηε αρτ οφ φερτιλιζα− τιον προµισε το ιµπροϖε τηεσε οδδσ, πριµαριλψ ιν τηε 50 περχεντ οφ χασεσ ωιτη µαλε φαχτορ ινφερτιλιτψ. Βψ χυττινγ ηολεσ ιν τηε εγγ∏σ τουγη χοατινγ ορ βψ ινϕεχτινγ σπερµ διρεχτλψ ιντο τηε οϖυµ, ρεσεαρχηερσ χαν νοω φερτιλιζε εγγσ ωιτη εϖεν τηε ωεακεστ σπερµ. Ιφ συχη τριχκσ ιµπροϖε ΙςΦ∏σ δισµαλ συχχεσσ ρατε, δε− µανδ φορ τηε προχεδυρε ανδ φορ εµ− βρψο τεστινγ χουλδ ινχρεασε. Βυτ ϑοην Ε. Βυστερ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τεννεσσεε∠Μεµπηισ Χολλεγε οφ Μεδι− χινε, αµονγ οτηερσ, ισ ωορκινγ ον α τεχηνιθυε τηατ µιγητ ηαϖε α φαρ γρεατερ ιµπαχτ. Χαλλεδ υτερινε λαϖαγε, τηε ιδεα ισ το ωαση α νατυραλλψ χονχειϖεδ εµ− βρψο φροµ τηε υτερυσ βεφορε ιτ ηασ α χηανχε το βεχοµε ιµπλαντεδ, τηεν τεστ ιτ φορ γενετιχ δεφεχτσ ανδ ρετυρν ιτ ονλψ ιφ ιτ ισ ηεαλτηψ. Υνφορτυνατελψ, τηε χηανχ− εσ τηατ ϕυστ ονε ρετυρνεδ εµβρψο ωιλλ δεϖελοπ ιντο α πρεγνανχψ αρε σλιµ. Ιφ τηισ τεχηνιχαλ ηυρδλε χαν βε χλεαρεδ, ηοωεϖερ, υτερινε λαϖαγε µιγητ αλλοω παρεντσ το λοοκ φορ µυτατιονσ ιν εµ− βρψοσ προδυχεδ τηε ολδ−φασηιονεδ ωαψ∇ατ α φραχτιον οφ τηε χοστ οφ ΙςΦ. Ασ τηε παχε οφ ιννοϖατιον χοντινυεσ το αχχελερατε, χονχερν ισ γροωινγ αµονγ ρεσεαρχηερσ, χλινιχιανσ ανδ ρεγυλατορσ αλικε τηατ τηερε νεεδσ το βε µορε δισ− χυσσιον οφ τηε ισσυεσ ραισεδ βψ γενετιχ σχρεενινγ ανδ µορε οϖερσιγητ οφ ιτσ δε− ϖελοπµεντ. Ωοοδ ρεπορτσ τηατ λεαδινγ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 27 ΙςΦ χλινιχσ ηαϖε δραων υπ γυιδελινεσ φορ τηε ινδυστρψ ανδ αρε σεαρχηινγ φορ α προφεσσιοναλ σοχιετψ το ενφορχε τηεµ. Σελφ−πολιχινγ ηασ νοτ ωορκεδ ιν τηε παστ, ηοωεϖερ. Τηε Αµεριχαν Φερτιλιτψ Σοχιετψ∏σ γυιδελινεσ τενδ το λαγ βεηινδ ρεσεαρχη ανδ ηαϖε βεεν γιϖεν νο τεετη. Αχχορδινγ το ρεχεντ ρεπορτσ βψ τηε Ο⇔χε οφ Τεχηνολογψ Ασσεσσµεντ (ΟΤΑ) ανδ τηε Ινστιτυτε οφ Μεδιχινε, αλλ τηε νεχεσσαρψ ρυλεσ ανδ λαωσ αρε αλρεαδψ ον τηε βοοκσ∇τηεψ αρε σιµπλψ νοτ βεινγ φολλοωεδ. Τηε Φοοδ ανδ ∆ρυγ Αδµινισ− τρατιον ηασ τηε αυτηοριτψ το ρεϖιεω αλλ γενετιχ τεστσ βεφορε τηεψ χαν βε σολδ φορ υσε βψ δοχτορσ. Βυτ µοστ γενετιχ τεστ− ινγ ισ ο⇑ερεδ ασ α σερϖιχε βψ ρεσεαρχη λαβσ ανδ σο φαλλσ ουτσιδε Φ∆Α πυρϖιεω. Νεϖερτηελεσσ, Στεϖεν Ι. Γυτµαν, διρεχ− τορ οφ τηε διϖισιον οφ χλινιχαλ λαβορατορψ δεϖιχεσ, σαψσ τηε Φ∆Α ισ χονσιδερινγ τηε ποσσιβιλιτψ οφ ινϖολϖεµεντ. Μανψ ρεσεαρχηερσ ανδ χλινιχιανσ ωουλδ λικε το σεε α περµανεντ νατιον− αλ ετηιχσ αδϖισορψ βοαρδ σετ υπ το προ− µοτε πυβλιχ δεβατε ανδ ο⇑ερ ετηιχαλ γυιδελινεσ φορ ρεσεαρχη. Φουρ συχη βοαρδσ ηαϖε βεεν σετ υπ ιν τηε παστ 20 ψεαρσ. Εϖεν τηε µοστ δυραβλε οπερατεδ φορ ϕυστ τηρεε ψεαρσ, ηοωεϖερ. Αχχορδινγ το τηε ΟΤΑ ρεπορτ, φεδεραλ ρεγυλατιονσ ηαϖε ρεθυιρεδ σινχε 1978 τηατ αν αδϖισορψ βοαρδ εξιστ ιν ορδερ το ρεϖιεω φυνδινγ ρεθυεστσ φορ ρεσεαρχη ον ηυµαν ΙςΦ. Βυτ τηε Ρεαγαν ανδ Βυση αδµινιστρατιονσ ρεφυσεδ το απ− προϖε τηε βοαρδ∏σ χηαρτερ, τηυσ ιµποσ− ινγ α δε φαχτο βαν ον φεδεραλ φυνδινγ φορ ηυµαν εµβρψο ρεσεαρχη τηατ στοοδ υντιλ ιτ ωασ ρεπεαλεδ λαστ ϑυνε. Ιν ∆εχεµβερ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτεσ οφ Ηεαλτη σετ υπ α Ηυµαν Εµβρψο Ρε− σεαρχη Πανελ το ωορκ ουτ ετηιχαλ γυιδε− λινεσ ιν α σεριεσ οφ πυβλιχ µεετινγσ τηισ σπρινγ. Ιφ τηε ρεχεντ χλονινγ χοντροϖερ− σψ ανδ τηε γροωινγ υσε οφ γενετιχ τεστ− ινγ σπαων ωιδερ πυβλιχ εδυχατιον ανδ δισχυσσιον αβουτ τηε προπερ υσε οφ γε− νετιχ τεχηνολογψ, ΙςΦ ωιλλ ηαϖε βεεν α τρυε πιονεερ ινδεεδ. ∇Ω. Ωαψτ Γιββσ ανδ Τιµ Βεαρδσλεψ ∆εσιγν φορ Λιϖινγ µεν οφ τηε φαβλε, τηεψ ηαϖε βεεν υν− αβλε το αγρεε ον ωηατ τηεψ αρε εξαµιν− ινγ. Υντιλ νοω, τηατ ισ. Α ρεµαρκαβλε χονϖεργενχε οφ εξπερι− µενταλ ρεσυλτσ ηασ συδδενλψ µαδε τηε ινϖεστιγατορσ ρεαλιζε τηεψ αρε αλλ λοοκινγ ατ δι⇑ερεντ παρτσ οφ τηε σαµε τηινγ∇ ανδ ιτ ισ α χοϖετεδ πριζε. Ωηατ τηεψ ηαϖε σταρτεδ το δισχερν ισ ονε οφ τηε χελλ∏σ πρινχιπαλ χοντρολ µεχηανισµσ: α χηαιν οφ µολεχυλαρ ρεαχτιονσ τηατ χονϖεψσ σιγναλσ φροµ τηε χελλ∏σ συρφαχε ιντο τηε δεπτησ οφ τηε νυχλευσ. Τηερε τηε σιγ− ναλσ εµποωερ τηε γενεσ, ωηιχη χηανγε α χελλ∏σ σηαπε, ιτσ αχτιϖιτψ ορ ιτσ γροωτη. Ωε αρε σταρτινγ το υνδερστανδ τηε µο− λεχυλαρ χιρχυιτρψ οφ τηε χελλ, χοµµεντσ Ροβερτ Α. Ωεινβεργ οφ τηε Μασσαχηυ− σεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ. ΞΙΑΝ−ΦΕΝΓ ΖΗΑΝΓ οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ σκετχηεσ παρτ οφ τηε Ρασ πατηωαψ, α µο− λεχυλαρ χασχαδε τηατ χοντρολσ γροωτη ανδ διϖισιον ιν α ωιδε ϖαριετψ οφ χελλσ. Τηε εσσεντιαλ µολεχυλε ιν τηε προχεσσ ισ τηε Ρασ προτειν, ωηιχη νορµαλλψ λιεσ ϕυστ υνδερ τηε χελλ µεµβρανε. Τηε σε− θυενχε οφ εϖεντσ ισ τηερεφορε βεινγ χαλλεδ τηε Ρασ πατηωαψ. Τηε κεψ εϖεντ τηατ σταρτσ τηε δοµινοεσ φαλλινγ ισ τηε βινδινγ οφ αν εξτραχελλυλαρ σιγναλινγ µολεχυλε το ιτσ συρφαχε ρεχεπτορ. Τηατ βινδινγ χαυσεσ τηε ρεχεπτορσ το αγγρε− γατε. Τηε παρτσ οφ τηε ρεχεπτορσ τηατ λιε ινσιδε τηε χελλ τηεν ασσυµε α διστινχ− τιϖε ενζψµατιχ ρολε: τηεψ ατταχη πηοσ− πηατε γρουπσ το τηεµσελϖεσ ανδ το ονε ανοτηερ ατ τηε σιτεσ οφ τηε αµινο αχιδ τψροσινε. Τηατ χηεµιχαλ µοδι⇒χατιον µακεσ τηε πηοσπηορψλατεδ µολεχυλεσ αττραχτιϖε το προτεινσ τηατ χαρρψ α σπε− χι⇒χ µοτιφ οφ αµινο αχιδσ χαλλεδ ΣΗ2. Σοµε αλσο χαρρψ ανοτηερ µοτιφ, ΣΗ3, τηατ αττραχτσ α τηιρδ σετ οφ µολεχυλεσ, ωηιχη ιν τυρν αχτιϖατεσ Ρασ. Υντιλ λαστ ψεαρ, τηε χηαιν ενδεδ τηερε: νοβοδψ κνεω ωηατ Ρασ διδ. Βυτ αν αρ− ραψ οφ ελαβορατε εξπεριµεντσ βψ Ξιαν− φενγ Ζηανγ ανδ ϑοσεπη Αϖρυχη οφ Ηαρ− ϖαρδ Υνιϖερσιτψ ανδ Υλφ Ρ. Ραππ οφ τηε Νατιοναλ Χανχερ Ινστιτυτε ανδ οτηερσ ηασ χαυγητ Ρασ ρεδ−ηανδεδ. Τηε µολε− χυλε βινδσ το ανδ εξχιτεσ ανοτηερ προ− τειν χαλλεδ Ραφ. Ανδ το χελλ βιολογιστσ τηατ ισ α ρεµαρκαβλε ⇒νδινγ, βεχαυσε Ραφ ιν ιτσ εξχιτεδ φορµ τριγγερσ α χασ− χαδε οφ ενζψµεσ τηατ ενδσ υπ ιν τηε νυχλευσ. Ενζψµεσ χαλλεδ ΜΑΠ κινασεσ αρε αµονγ τηισ αλπηαβετ σουπ οφ πλαψ− ερσ, ανδ τηεψ, ιτ ισ τηουγητ, χαν αχτιϖατε ∆ΝΑ βινδινγ προτεινσ ιν τηε χελλ νυχλε− υσ τηατ ιν τυρν σωιτχη ον γενεσ. Αν υνεξπεχτεδ φεατυρε ισ τηατ τηε µολεχυλεσ οφ τηισ βυχκετ βριγαδε αππαρ− εντλψ πηψσιχαλλψ αγγρεγατε το φορµ α µαχροµολεχυλαρ χοµπλεξ. Τονψ Παωσον οφ τηε Μουντ Σιναι Ηοσπιταλ ιν Τοροντο σπεχυλατεσ τηατ µακινγ συχη χοµπλεξ− εσ ισ τηε ονλψ ωαψ τηε χελλ ηασ ρεσολϖεδ ηοω ιτ ισ γοινγ το ρεσπονδ το ανδ ιντε− γρατε α λαργε ϖαριετψ οφ σιγναλσ ωιτη ε⇑εχτσ ον χελλ γροωτη. Ατ τηε βοττοµ ενδ οφ τηε Ρασ πατη− 28 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Α σιγναλινγ πατηωαψ φουνδ ιν µανψ σπεχιεσ ισ µαππεδ Α STANLEY ROWIN ν ανχιεντ ταλε δεσχριβεσ ηοω τηρεε βλινδ µεν τρψ το ιδεντιφψ α χυρι− ουσ οβϕεχτ υσινγ τηειρ σενσε οφ τουχη. Τηε οβϕεχτ ισ αν ελεπηαντ, βυτ τηε µεν φαιλ το ρεχογνιζε ιτ βεχαυσε εαχη φεελσ α δι⇑ερεντ παρτ οφ τηε ανι− µαλ. Χελλ βιολογιστσ ωορκινγ ιν συχη δισ− παρατε αρεασ ασ ονχογενεσισ, χελλ διϖι− σιον ιν ψεαστ ανδ τηε σεξυαλ ανατοµψ οφ Χαενορηαβδιτισ ελεγανσ (α µιχρο− σχοπιχ ωορµ) ηαϖε φορ τηε παστ δεχαδε ορ σο βεεν γροπινγ τηειρ ωαψ αρουνδ α µολεχυλαρ ελεπηαντ. Ανδ λικε τηε βλινδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ωαψ, τηερε ισ α γοοδ δεαλ µορε ηανδ ωαϖινγ οϖερ δεταιλσ τηαν ιν τηε ωελλ− ωορκεδ−ουτ εαρλιερ στεπσ. Τηε πατηωαψ τηρουγη ωηιχη ΜΑΠ κινασε α⇑εχτσ τραν− σχριπτιον ισ ποορλψ δε⇒νεδ∇ιτ µαψ ωορκ ιν σοµε γενεραλ µαννερ, βυτ ωε χερταινλψ δον∏τ κνοω ατ τηε µοµεντ, χαυτιονσ ϑαµεσ Ε. ∆αρνελλ, ϑρ., οφ τηε Ροχκεφελλερ Υνιϖερσιτψ. Τηερε αρε στιλλ θυεστιον µαρκσ∇αχτυ− αλλψ µορε οφ τηεµ τηαν εϖερ βεφορε∇ βυτ τηερε ισ αλσο τηε βαχκβονε οφ α στορψ το χοννεχτ ρεχεπτορσ το γενεσ, ιν τηε ωορδσ οφ Η. Ροβερτ Ηορϖιτζ, α ρε− σεαρχηερ ατ Μ.Ι.Τ. ωηο ηασ βεεν ονε οφ τηε χοντριβυτορσ το τηε ρεχεντ ινσιγητσ. Τηε βιγ νεωσ ισ τηατ τηε πατηωαψ ισ χονσερϖεδ οϖερ τηε εονσ οφ εϖολυτιον τηατ σεπαρατε µαν φροµ ψεαστ, Ηορϖιτζ σαψσ, ωηο στυδιεσ µυτατιονσ τηατ α⇑εχτ δεϖελοπµεντ ιν Χαενορηαβδιτισ: Ωηατ ηασ εµεργεδ ισ α χονσενσυσ πατηωαψ. Οτηερ πατηωαψσ το τηε νυχλευσ βε− σιδεσ τηε ονε τηατ φεατυρεσ Ρασ αρε χερταινλψ ιµπορταντ. Βυτ ωηατ ηασ ιµ− πρεσσεδ µανψ ρεσεαρχηερσ ισ τηατ ινδε− πενδεντ λινεσ οφ ωορκ υσινγ ϖερψ διφ− φερεντ οργανισµσ ηαϖε αλλ στυµβλεδ οντο ωηατ σεεµσ το βε τηε σαµε βιο− χηεµιχαλ χοντριϖανχε. Ρασ ωασ οριγιναλλψ ιδεντι⇒εδ µορε τηαν α δεχαδε αγο ασ τηε προδυχτ οφ αν ονχογενε, α γενε τηατ ιν µυτατεδ φορµ χαν χαυσε α χελλ το βεχοµε χανχερουσ. Περηαπσ υνσυρπρισινγλψ, µανψ προτεινσ προδυχεδ βψ ονχογενεσ ηαϖε τυρνεδ ουτ το βε ινϖολϖεδ ιν χονϖεψινγ σιγναλσ, ινχλυδινγ τηοσε τηατ τελλ χελλσ ωηεν το γροω ανδ διϖιδε. Σεϖεραλ ονχογενεσ προδυχε προτεινσ συσπεχτεδ οφ βεινγ χοννεχτεδ το τηε Ρασ πατηωαψ, ανδ βι− ολογιστσ αρε νοω βεχοµινγ χοµφορταβλε ωιτη τηε νοτιον τηατ α φαυλτ ιν α σιγναλ− ινγ πατηωαψ χουλδ χαυσε α χελλ το διϖιδε ινχεσσαντλψ, ασ ιν χανχερ, ορ το µαλφυνχ− τιον ιν οτηερ ωαψσ. Μανψ βιγ πηαρµαχευτιχαλ χοµπανιεσ, ινχλυδινγ Χιβα, Σανδοζ, Π⇒ζερ ανδ Γλαξο, αρε νοω ωορκινγ το ⇒νδ σιµπλε µολεχυλεσ τηατ ιντερφερε ωιτη ονε ορ µορε στεπσ ιν τηε Ρασ πατηωαψ. Ανδ, υνλικε σοµε δρυγ δισχοϖερψ ε⇑ορτσ, εϖ− ιδενχε εξιστσ τηατ τηε πρινχιπλε χαν ωορκ. Τηε ιµπορταντ ιµµυνοσυππρεσ− σαντ χψχλοσπορινε ισ α νατυραλ προδυχτ τηατ βλοχκσ αν ιντραχελλυλαρ σιγναλινγ πατηωαψ, ασ ισ τηε εξπεριµενταλ ιµµυ− νοσυππρεσσαντ ΦΚ506. Αριαδ Πηαρµα− χευτιχαλσ ιν Χαµβριδγε, Μασσ., α χοµ− πανψ σπεχιαλιζινγ ιν δρυγσ αιµεδ ατ δισρυπτινγ ιντραχελλυλαρ σιγναλινγ, ισ τρψ− ινγ το δεϖελοπ αν αλλεργψ µεδιχινε αιµεδ ατ α Ρασ πατηωαψ ταργετ. Πετερ Λ. Μψερσ οφ Ονψξ Πηαρµαχευτιχαλσ ιν Ριχη− µονδ, Χαλιφ., σαψσ ηε ισ σταρτινγ το σεε ηιτσ∇τηατ ισ, χηεµιχαλσ τηατ σεεµ το βλοχκ ιντεραχτιονσ ιν τηε Ρασ χηαιν. Προδυχτσ τηατ ωορκ βψ ιντερφερινγ ωιτη στεπσ ιν τηε Ρασ πατηωαψ αρε προβαβλψ σοµε ψεαρσ αωαψ. Βυτ, ασ Ωεινβεργ ανδ Σεαν Ε. Εγαν οφ τηε Ιµπεριαλ Χανχερ Ρε− σεαρχη Φυνδ ιν Λονδον νοτεδ ιν α ρε− χεντ ισσυε οφ Νατυρε, τηε σατισφαχτιον το βε ηαδ φροµ τηε ρεχεντ δισχοϖεριεσ ωιλλ ενδυρε∇τηατ οφ ρεδυχινγ εξτραορ− διναριλψ χοµπλεξ πηενοµενολογψ δοων το σιµπλε, αππαρεντλψ υνιϖερσαλλψ ρελε− ϖαντ, τρυτησ. ∇Τιµ Βεαρδσλεψ Τιµε−Τριππερσ Βεωαρε Ι nstructions for building a time machine: Take two cosmic strings. Throw them together so that each moves at a speed close to that of light. Fly around both of them, and you will return to the time and place from which you started. (Suggested by J. Richard Gott of Princeton University.) Sounds simple enough. But don’t try it, warns Gerard ’t Hooft of the University of Utrecht in the Netherlands. You won’t just fail—you might destroy the entire universe. That Nature somehow protects herself from the contradictions of time travel has been conjectured by many physicists. Just how far she will go in self-defense and what means she will employ are questions that now have answers—answers that would make even the most optimistic time traveler cash in his or her ticket. In principle, the Gott time machine is quite straightforward. The traveler need only induce two infinitely long, parallel cosmic strings, presumed threadlike relics of the big bang, to sweep by each other at speeds near that of light. The strings’ center of mass then moves faster than light. The vast amounts of energy entailed are equivalent to an intense concentration of mass (remember E = mc 2 ?). The mass warps space-time so acutely that a path looping around the strings can take one back in time. The problem arises when one attempts to build a Gott time machine in the context of an actual universe. Universes appear to come in two varieties: open and closed. Sean M. Carroll, Edward Farhi, Alan H. Guth and Ken D. Olum of the Massachusetts Institute of Technology have tried to create Gott pairs in an open universe. First, they say, find two slowly moving cosmic strings. Then split each by an explosion. The explosion serves to accelerate two of the resulting four fragments toward one another at relativistic velocity. Unfortunately, in the open universe, which is unbounded, as would be an infinite sheet of paper, there is not enough energy available to push the strings to the needed velocities. 32 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 All right, the time-machine builder says, why not start out in a closed universe? In a series of papers in Classical and Quantum Gravity, ’t Hooft attempts just that—and finds a truly violent outcome. The members of the Gott pair do not pass each other, forming time loops. Instead they trace out chaotic orbits as they move closer and closer together at increasing speed. The tremendous gravitational stresses generated make the universe crumple and fall in toward the strings. As their kinetic energy grows infinite, the universe finally collapses in a catastrophic big crunch. A time-machine ticket-holder will see massive walls closing in while being shredded to spaghetti by the strings speeding through. Hard times, indeed, but ’t Hooft offers some consolation. “Quantum effects,” he says, “will probably dilute the big crunch to a big bounce.” Out of the shreds of the last universe may be born a new one, albeit a bit late for the time traveler. So the Gott time machine can never be built. For those hopefuls now looking to wormholes, the chutes connecting distant regions of space-time—oops, there they go, too. A wormhole can be sustained only by negative energy—a no-no. Thus, it will squeeze in and collapse like a punctured balloon, probably forming a black hole, before anything—even light—can traverse it. Any other new designs that may be dreamed up for a time machine will have to contend with powerful theorems propounded by Frank J. Tipler of Tulane University and Stephen W. Hawking of the University of Cambridge. These theorems attest that within finite regions of spacetime, time loops are always accompanied by negative energy—disallowed as unphysical—or by violent objects such as black holes and imploding universes. The scene sketched by ’t Hooft shows how such objects can act as Nature’s dragons, guarding time machines from fools who would rush in. —Madhusree Mukerjee Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΠΡΟΦΙΛΕ : ΒΡΥΧΕ Μ. ΑΛΒΕΡΤΣ Λαιδ−Βαχκ Λεαδερ Ραττλεσ τηε Αχαδεµψ ριεσ οφ προβλεµσ δαυντινγ εϖεν το τηε µοστ πολιτιχαλλψ αδεπτ µανδαριν. Αχχορδινγ το ∆οναλδ ∆. Βροων, α ρε− ηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ Απριλ. Οτηερωισε, ωε δον∏τ δο ανψτηινγ. σεαρχηερ ατ τηε Χαρνεγιε Ινστιτυτιον∏σ ιν Ωασηινγτον, ∆.Χ., ισ ινδεεδ α Αλβερτσ, ωηο ισ 54 ψεαρσ ολδ ανδ ηασ δεπαρτµεντ οφ εµβρψολογψ, ωηο σερϖεδ τεµπλε οφ σχιενχε. Τηε Γρεατ βεεν αν αχαδεµψ µεµβερ σινχε 1981, ασ χο−χηαιρµαν οφ τηε σεαρχη χοµµιτ− Ηαλλ, α δοµεδ χηαµβερ δεχορατεδ ωιτη ισ ρεχογνιζεδ φορ ηισ ρεσεαρχη ον προ− τεε, Αλβερτσ ⇒λλεδ τηε βιλλ βεχαυσε ηε ισ ⇒λιγρεεδ µυραλσ ανδ ινσπιρατιοναλ θυο− τεινσ ινστρυµενταλ ιν τηε ρεπλιχατιον οφ αν αχτιϖε σχιεντιστ ωιτη βροαδ εξπερτισε τατιονσ, ηουσεσ χονχλαϖεσ οφ τηε να− χηροµοσοµεσ. Ηε ωασ σοµετηινγ οφ αν ωηο ηαδ αλσο εαρνεδ ηιγη µαρκσ ασ αν τιον∏σ γρεατεστ σχιεντι⇒χ ταλεντσ. Φροµ υνκνοων θυαντιτψ ωηεν ηε αρριϖεδ ιν αδµινιστρατορ ωηεν ηε ωασ χηαιρµαν τηε µεετινγ ροοµσ ανδ ο⇔χεσ οπενινγ Ωασηινγτον, βεχαυσε υνλικε ηισ ιµµε− οφ ηισ δεπαρτµεντ ατ Σαν Φρανχισχο. ο⇑ τηε Γρεατ Ηαλλ πουρ ρεπορτσ αβουτ διατε πρεδεχεσσορσ ατ τηε αχαδεµψ∏σ Ανδ Αλβερτσ ωασ, Βροων ποιντσ ουτ, αν τηε στατε οφ τηε σχιεντι⇒χ εντερπρισε ηελµ ηε ηαδ νοτ πρεϖιουσλψ οχχυπιεδ ενεργετιχ χηαιρµαν οφ τηε χοµµισσιον ανδ ηοω ιτ α⇑εχτσ τηε σοχιετψ τηατ συσ− ανψ τοπ σχιενχε ποστ. Ινδεεδ, Αλβερτσ ον λιφε σχιενχεσ οφ τηε Νατιοναλ Ρε− ταινσ ιτ. Ρεχεντλψ τηε αχαδεµψ, αν ινστι− ωασ νοτ τηε ⇒ρστ χηοιχε οφ τηε σεαρχη σεαρχη Χουνχιλ, ωηιχη ισ τηε οργανιζα− τυτιον χηαρτερεδ ωηεν Αβραηαµ Λιν− χοµµιττεε χηαργεδ ωιτη ⇒νδινγ α συχ− τιον, φορµαλλψ διστινχτ φροµ τηε αχαδε− χολν ωασ ιν τηε Ωηιτε Ηουσε, ηασ βεεν χεσσορ το Φρανκ Πρεσσ, α γεοπηψσιχιστ µψ, τηατ περφορµσ ιτσ σχιεντι⇒χ ασσεσσ− ραττλεδ βψ α νεω ανδ δεχιδεδλψ υν− ωηο ωασ πρεσιδεντ φορ τωο χονσεχυτιϖε µεντσ. Μορεοϖερ, ηε ηαδ βεεν α φορχε στυ⇑ψ πρεσενχε. σιξ−ψεαρ τερµσ (τηε µαξιµυµ) σταρτινγ βεηινδ τηε φεδεραλ Ηυµαν Γενοµε Α προφεσσορ οφ βιοχηεµιστρψ ανδ βιο− ιν 1981. Προϕεχτ. Ωηατ ηε σαψσ ισ εξαχτλψ ωηατ πηψσιχσ φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορ− ∆εσπιτε τηε ∃250,000−πλυσ σαλαρψ ανδ ηε τηινκσ, Βροων χοµµεντσ. νια ατ Σαν Φρανχισχο, Βρυχε Μ. Αλβερτσ, τηε Ωατεργατε απαρτµεντ τηατ χοµε Ιφ Αλβερτσ ωασ νοτ τηε αχαδεµψ∏σ ⇒ρστ ωηο ηασ βεεν τηε αχαδεµψ∏σ πρεσιδεντ ωιτη τηε ϕοβ, σεϖεραλ οτηερ σχιεντι⇒χ λυ− χηοιχε, τηεν νειτηερ ωασ τηε αχαδεµψ σινχε λαστ συµµερ, ηασ βρουγητ το τηε µιναριεσ ωιτη µορε αδµινιστρατιϖε εξ− ηισ. Αλβερτσ ωασ, ηε σαψσ, ϖερψ ηαππψ ηαλλοωεδ ηαλλσ αν αχτιϖιστ αγενδα, Ωεστ περιενχε τηαν Αλβερτσ δεχλινεδ το λετ ωιτη ωηατ Ι ωασ δοινγ, λεαδινγ α λαβο− Χοαστ ινφορµαλιτψ ανδ α πενχηαντ φορ τηειρ ναµεσ γο φορωαρδ ασ χανδιδατεσ. ρατορψ. Μψ ιµαγε οφ µαναγεµεντ ωασ σελφ−δεπρεχατορψ ηυµορ τηατ ηασ µορ− Αµονγ τηεµ ωερε Ραλπη Ε. Γοµορψ, νεγατιϖε, ηε εξπλαινσ, στιλλ λοοκινγ, ιν τι⇒εδ τηε ινστιτυτιον∏σ µορε στραιτλαχεδ πρεσιδεντ οφ τηε Αλφρεδ Π. Σλοαν Φουν− ηισ οπεν−νεχκεδ σηιρτ, λικε α βενχη σχι− ο⇔χιαλσ. Ηισ πυβλιχ α⇑αιρσ στα⇑ ηασ ψετ δατιον ιν Νεω Ψορκ Χιτψ, ανδ Μαξινε Φ. εντιστ εϖεν ασ ηε σιτσ ιν ηισ ηιγη− το ρεχοϖερ φροµ τηε οχχασιον λαστ φαλλ Σινγερ, πρεσιδεντ οφ τηε Χαρνεγιε Ινστι− χειλινγεδ πρεσιδεντιαλ συιτε. Ωηατεϖερ ωηεν Αλβερτσ τολδ α γρουπ οφ ρεπορτερσ τυτιον οφ Ωασηινγτον. Ιτ ωουλδ σεεµ τηε ηιγη µαρκσ ηε ηαδ ρεχειϖεδ, ηε ηαδ ηοω ηε ηαδ εξπλαινεδ το α σενατορ : τηατ θυεστιονσ αβουτ φυνδινγ ανδ α νοτ ενϕοψεδ ηισ στιντ ασ χηαιρµαν οφ Τηε αχαδεµψ ισ 1,600 σχιεντιστσ ωηο χηανγινγ ρελατιονσηιπ ωιτη τηε φεδεραλ ηισ δεπαρτµεντ, ανδ ηε τηουγητ τηε ελεχτ εαχη οτηερ. Ωε ηαϖε α παρτψ ιν γοϖερνµεντ ηαϖε βεγυν το χρεατε α σε− αχαδεµψ ωουλδ βε µορε οφ τηε σαµε. Βυτ φριενδσ περσυαδεδ ηιµ το ρεχονσιδερ. Ηε χαπιτυλατεδ, ηε ρεµαρκσ, ωηεν ηε ρεαλιζεδ τηατ ιφ ηε ηαδ τηε ινστιτυτιον∏σ τοπ ϕοβ τηερε ωερε φουρ ορ ⇒ϖε τηινγσ Ι µιγητ βε αβλε το δο τηατ Ι χουλδν∏τ δο οτηερωισε. Μοστ οφ τηοσε τηινγσ τυρν ουτ το βε ϖαριατιονσ ον Αλβερτσ∏σ πρινχιπαλ πρεοχχυπατιον: εδυχατιον. Αλβερτσ ισ α µαν ωιτη α µισ− σιον. Ηισ ρεσεαρχη χαρεερ ηαδ γοττεν ο⇑ το α ⇓ψινγ σταρτ ωηεν ηε µαδε αν ιµπορταντ δισχοϖ− ερψ αβουτ τηε στρυχτυρε οφ ρι− βονυχλειχ αχιδ ασ ηε ωορκεδ ον ηισ υνδεργραδυατε τηεσισ ατ Ηαρ− ϖαρδ Χολλεγε ιν τηε 1950σ. Τηε εαρλψ συχχεσσ περσυαδεδ ηιµ το βεχοµε α σχιεντιστ ρατηερ τηαν α πηψσιχιαν, ανδ αφτερ α σπελλ ατ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ ηε φουνδ ηισ ωαψ το Χαλιφορνια. Ιτ ωασ τηερε τηατ ηε δεϖελ− οπεδ ηισ χονσυµινγ ιντερεστ ιν ΒΡΥΧΕ Μ. ΑΛΒΕΡΤΣ ηολδσ φορτη ιν τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ∏σ Γρεατ Ηαλλ. Χαν α ιµπροϖινγ σχιεντι⇒χ λιτεραχψ, α πασσιον ηε σαψσ ωασ ινσπιρεδ ηιπ λιπ−σηοοτερ φινδ ηισ ωαψ τηρουγη τηε χορριδορσ οφ ποωερ? CHRIS USHER Black Star Τ 34 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. µοστλψ βψ ηισ ωιφε Βεττψ∏σ λεαδερσηιπ οφ τηε Παρεντ−Τεαχηερ Ασσοχιατιον ιν Σαν Φρανχισχο. Αλβερτσ ισ τηε πρινχιπαλ αυ− τηορ οφ α νοτεδ τεξτβοοκ ον µολεχυλαρ βιολογψ, βυτ ηε πρεφερσ το ταλκ νοω αβουτ ανοτηερ οφ ηισ αχηιεϖεµεντσ, χο− φουνδινγ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν Φρανχισχο Σχιενχε/Ηεαλτη Εδυχα− τιον Παρτνερσηιπ. Τηε προγραµ ισ α χολ− λαβορατιον ιν ωηιχη υνιϖερσιτψ σχιεν− τιστσ ανδ πυβλιχ σχηοολ τεαχηερσ ωορκ το ιµπλεµεντ φρεση αππροαχηεσ το σχι− ενχε ινστρυχτιον. Νοω Αλβερτσ ωουλδ λικε το λαυνχη α σιµιλαρ σχηεµε ον α νατιοναλ λεϖελ. Α στρονγ µοτιϖατιον φορ µε ιν τακινγ τηισ ϕοβ ωασ το σεε ιφ τηε αχαδεµψ χουλδ ⇒λλ α ρεαλ ϖοιδ ιν λεαδερσηιπ νατιοναλλψ ιν σχιενχε εδυχατιον, ηε στατεσ. Αλβερτσ∏σ ϖισιον ισ βρεατητακινγ ιν ιτσ αυδαχιτψ. Ηε ωαντσ το ηαρνεσσ νοτ ϕυστ τηε αχαδε− µψ βυτ µυχη οφ τηε χουντρψ∏σ σχιεντι⇒χ ωορκφορχε το ηισ χαµπαιγν. Ι∏µ νοτ ταλκινγ αβουτ νυδγινγ τηε σψστεµ; Ι∏µ ταλκινγ αβουτ ϖερψ δραµατιχ χηανγε, ηε δεχλαρεσ. Ωε χαν υσε σχιενχε εδυχα− τιον ασ α ωεδγε το χηανγε τηε σψστεµ, το εµποωερ τεαχηερσ το χηανγε τηε να− τυρε οφ τηε πυβλιχ σχηοολ εξπεριενχε. Ηεαδψ στυ⇑. Βυτ Αλβερτσ ισ χον⇒δεντ τηατ σχιεντιστσ ωιλλ ραλλψ το ηισ χαυσε ανδ δεϖοτε τηειρ τρεµενδουσ αµουντ οφ ενεργψ ανδ φοχυσ ανδ σκιλλ το εν− ηανχινγ εδυχατιον. Ωιτηιν α χουπλε οφ µοντησ οφ τακινγ ο⇔χε λαστ ϑυλψ, αφτερ αν υνχοντεστεδ ελεχτιον ιν Φεβρυαρψ, Αλβερτσ ηαδ µετ ωιτη τηε συπεριντεν− δεντ οφ σχηοολσ ιν Ωασηινγτον ωιτη αν εψε το σεττινγ υπ α δεµονστρατιον προϕ− εχτ ιν τηε χιτψ. Ανδ ιν Νοϖεµβερ ηε συµµονεδ ρεπορτερσ το ηεαρ αβουτ τηε λαυνχη οφ Προϕεχτ ΡΙΣΕ ( Ρεγιοναλ Ινιτια− τιϖεσ ιν Σχιενχε Εδυχατιον). ΡΙΣΕ ισ α πι− λοτ προϕεχτ ιν ωηιχη τηε Νατιοναλ Ρε− σεαρχη Χουνχιλ ωιλλ συππορτ ρεγιοναλ χολλαβορατιονσ βετωεεν σχιεντιστσ ανδ ελεµενταρψ τεαχηερσ το προµοτε ηανδσ− ον σχιενχε. Τηε αχαδεµψ ισ αλσο δεϖελοπινγ φορ− µαλ νατιοναλ στανδαρδσ φορ σχιενχε εδυ− χατιον. Αλβερτσ ηασ ταλκεδ το Ριχηαρδ Ω. Ριλεψ, τηε Χλιντον αδµινιστρατιον∏σ σεχ− ρεταρψ οφ εδυχατιον, αβουτ ινιτιατινγ λεγ− ισλατιον το γιϖε σχηοολ διστριχτσ ινχεν− τιϖεσ φορ αδοπτινγ τηεµ. Βυτ τηερε ισ νο σηορταγε οφ σχιενχε χυρριχυλα, Αλβερτσ νοτεσ, ατ λεαστ ιν τηε ελεµενταρψ γραδεσ: Ιτ∏σ ϕυστ α θυεστιον οφ ηαϖινγ τηε εξ− περτισε το δο ιτ ανδ τηε ωιλλ το δο ιτ. Ηε ηοπεσ το περσυαδε βιοτεχηνολογψ χοµπανιεσ, ιν παρτιχυλαρ, το φολλοω τηε λεαδ οφ οτηερ ινδυστριεσ βψ προϖιδινγ χηαλλενγε γραντσ φορ σχηοολσ ανδ δισ− τριχτσ τηατ αδοπτ νεω αππροαχηεσ. Ι∏µ νοτ γοινγ το ηαϖε ανψ προβλεµ ⇒νδινγ ενουγη σχιεντιστσ ανδ δοχτορσ, Αλβερτσ ασσερτσ. Στιλλ, ηε αχκνοωλεδγεσ τηατ νοτ εϖερψονε ισ χυτ ουτ φορ τεαχη− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ινγ παρτνερσηιπσ. Τηερε αρε σοµε σχι− εντιστσ ωηο αλιενατε µε, ηε χονχεδεσ. Ανδ Αλβερτσ σαψσ ηε ισ αωαρε οφ τηε δανγερσ οφ λεττινγ ωελλ−µεανινγ ρε− σεαρχηερσ λοοσε το λεχτυρε τεαχηερσ ορ στυδεντσ αβουτ σχιεντι⇒χ σπεχιαλιτιεσ. Ηε ρεχαλλσ α σοιλ σχιεντιστ ωηο ινσιστεδ τηερε ωερε ειγητ φαχτσ εϖερψονε σηουλδ κνοω αβουτ σοιλ σχιενχε. Ωελλ, Αλ− βερτσ χηορτλεσ, Ι διδν∏τ κνοω τηεµ µψ− σελφ, ανδ Ι∏µ πρεσιδεντ οφ τηε αχαδεµψ! Τηε ϕεστ ισ τψπιχαλ οφ Αλβερτσ∏σ στψλε. Ηε ισ αλσο φαµουσ φορ βεινγ αβσεντ− µινδεδ ιν τρυε προφεσσοριαλ τραδιτιον. Ηε ονχε σταρτλεδ ηισ στα⇑ βψ ωονδερινγ ουτ λουδ ηοω ηε ωασ γοινγ το ρυν τηε αχαδεµψ ωηεν ηε ισ τοο δισοργανιζεδ το ⇒νδ ηισ γλασσεσ. Ον ανοτηερ οχχα− σιον ηε µαναγεδ το λοχκ ηιµσελφ ινσιδε ηισ ο⇔χε ανδ ηαδ το βε ρεσχυεδ. Ωηετηερ συχη ενδεαρινγ φοιβλεσ ωιλλ σερϖε ηιµ ωελλ ιν α ηοστιλε χονγρεσσιον− αλ ηεαρινγ ροοµ ισ α θυεστιον ψετ το βε ανσωερεδ. ∆εσπιτε ηισ ρελαξεδ αττιτυδε, Αλβερτσ δοεσ νοτ πυλλ µανψ πυνχηεσ. Τηε αχαδ− εµψ ανδ τηε ρεσεαρχη χουνχιλ, τογετηερ ωιτη τηε αχαδεµψ∏σ σιστερ ινστιτυτιονσ, τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Ενγινεερινγ ανδ τηε Ινστιτυτε οφ Μεδιχινε, εµπλοψ µορε τηαν 1,000 πολιχψ αναλψστσ ιν Ωασηινγτον. Ιτ∏σ γροων το βε ϖερψ λαργε, ωηιχη ισ α προβλεµ, Αλβερτσ στατεσ βλυντλψ. Ιν δοινγ σο, ηε εχηοεσ ρυµορσ τηατ τηε αχαδεµψ µαψ ηαϖε το λοσε λαργε νυµβερσ οφ στα⇑. Βυτ Αλβερτσ ωιλλ νοτ χον⇒ρµ συγγεστιονσ τηατ χυτσ οφ µορε τηαν 20 περχεντ οϖερ τηε νεξτ ⇒ϖε ψεαρσ αρε ιν προσπεχτ. Λικε ανψ ινστιτυτιοναλ λεαδερ, Αλβερτσ µυστ αδδρεσσ τηε προβλεµ οφ ρεϖενυεσ. Αλτηουγη Πρεσσ βυιλτ υπ τηε αχαδεµψ∏σ ενδοωµεντ συβσταντιαλλψ δυρινγ ηισ 12 ψεαρσ ιν ο⇔χε, ιτ ισ στιλλ, ατ ∃120 µιλλιον, σµαλλ φορ αν οργανιζατιον οφ τηε αχαδε− µψ∏σ σιζε, Αλβερτσ ποιντσ ουτ. Τηε εν− δοωµεντ ισ ιµπορταντ βεχαυσε ονλψ βψ υσινγ ιτσ οων φυνδσ χαν τηε αχαδεµψ ινιτιατε στυδιεσ ιν αρεασ ωηερε τηε γοϖ− ερνµεντ µαψ νοτ ωαντ το ηεαρ αδϖιχε (τηε αχαδεµψ ωασ φουνδεδ το συππλψ αδϖιχε το τηε γοϖερνµεντ, βυτ δεµανδ φορ στυδιεσ ισ δοων). Τηε χοµπλεξ προ− δυχεδ µορε τηαν 200 ρεπορτσ λαστ ψεαρ, µοστ, τηουγη νοτ αλλ, χοµµισσιονεδ βψ φεδεραλ δεπαρτµεντσ ανδ αγενχιεσ. Ον ανοτηερ φροντ, τηε νεω πρεσιδεντ ηασ αλσο τακεν αχτιον ιν ηισ ⇒ρστ σιξ µοντησ το αδδρεσσ χονχερνσ αβουτ τηε ιµπαρτιαλιτψ ανδ ινδεπενδενχε οφ τηε ρεσεαρχη χουνχιλ∏σ στυδιεσ. Βεχαυσε τηε ρεπορτσ αρε ινδεπενδεντλψ προδυχεδ, γοϖερνµεντ αγενχιεσ λικε το ηαϖε τηε αχαδεµψ∏σ βλεσσινγ. Βυτ αχαδεµψ µεµβερσ ηαϖε χοµπλαινεδ, Αλβερτσ χον− ⇒δεσ, τηατ ρεσεαρχη χουνχιλ στα⇑ ηαϖε σοµετιµεσ αλλοωεδ γοϖερνµεντ ο⇔− χιαλσ το ιν⇓υενχε ρεπορτσ, ωηιχη ρυνσ χουντερ το τηε ρυλεσ οφ τηε αχαδεµψ. Α χονγρεσσιοναλ σουρχε γιϖεσ τηε εξ− αµπλε οφ α ρεσεαρχη χουνχιλ στυδψ οφ τηε Εαρτη Οβσερϖινγ Σψστεµ, α φεδεραλ σατελλιτε ρεµοτε−σενσινγ προγραµ. Χριτι− χισµσ οφ τηε σψστεµ ιν α ρεσεαρχη χουν− χιλ στυδψ ωερε µυτεδ αφτερ γοϖερνµεντ ο⇔χιαλσ ωηο σαω πρεπυβλιχατιον δραφτσ οβϕεχτεδ. Στυδιεσ φορ τηε Χοαστ Γυαρδ ανδ τηε ∆επαρτµεντ οφ τηε Ναϖψ ανδ στυδιεσ ον αγριχυλτυραλ πολιχψ αρε αλσο σαιδ το ηαϖε βεεν ιν⇓υενχεδ τηρουγη χοζψ ρελατιονσ ωιτη εξτερναλ παρτιεσ. Αλβερτσ ηασ υνδερτακεν αν εξτεν− σιϖε ρεϖιεω οφ τηε προποσαλ ρεϖιεω προ− χεσσ το στρενγτηεν ηιγη−λεϖελ δελιβερα− τιονσ αβουτ τηε ρατιοναλεσ φορ στυδιεσ ανδ το υνδερσχορε τηε ρεσπονσιβιλιτιεσ οφ ρεσεαρχη χουνχιλ ο⇔χιαλσ. Φιναλλψ, ηε ηασ ιναυγυρατεδ ε⇑ορτσ το µακε τηε ρε− σεαρχη χουνχιλ µορε χολλεγιαλ ανδ ε⇔− χιεντ βψ βρεακινγ δοων ινστιτυτιοναλ βαρριερσ τηατ πρεϖεντ πεοπλε φροµ ωορκ− ινγ ωιτη ονε ανοτηερ. Ιν ηισ ρολε ασ α στατεσµαν οφ σχιενχε, Αλβερτσ εξπουνδσ ον α τηεµε ινιτιατεδ βψ Πρεσσ: τηατ σχιεντιστσ µυστ ρεαλιζε τηατ τηειρ δεµανδσ φορ µορε φυνδσ µαψ ηαϖε µαδε τηεµ ϖυλνεραβλε ον Χαπιτολ Ηιλλ το αχχυσατιονσ οφ σελ⇒ση− νεσσ. Το δεαλ ωιτη τηε προβλεµ, Αλβερτσ ισ τρψινγ το βυιλδ βριδγεσ ωιτη µεµ− βερσ οφ Χονγρεσσ ανδ τηειρ στα⇑σ. Ηε ηασ αλσο χονσυλτεδ ωιτη τηε Ωηιτε Ηουσε ον ιτσ ρεχεντλψ αννουνχεδ πλαν φορ α Νατιοναλ Σχιενχε ανδ Τεχηνολογψ Χουνχιλ, τηε αδµινιστρατιον∏σ ινιτιατιϖε το γετ α ⇒ρµερ γριπ ον φεδεραλλψ συπ− πορτεδ ρεσεαρχη. Ωε ηαϖε το βε µορε αδεπτ ατ δισποσινγ στυδεντσ το α ωιδερ ρανγε οφ σχιεντι⇒χ χαρεερσ, Αλβερτσ σαψσ. Οτηερωισε, ωε σηουλδ νοτ βε τραινινγ τηε νυµβερ οφ Πη.∆.∏σ ιν πηψσιχσ ανδ χηεµιστρψ τηατ ωε αρε τυρνινγ ουτ. Α µαϕορ χηαλλενγε, ηε οβσερϖεσ, ισ το ρεµοϖε τηε βαρριερσ τηατ πρεϖεντ πεο− πλε ωιτη σχιεντι⇒χ σκιλλσ∇ινχλυδινγ υν− εµπλοψεδ δεφενσε ωορκερσ∇φροµ εν− τερινγ νεω ⇒ελδσ, συχη ασ τεαχηινγ, τηε τοπιχ τηατ µοστ οφ Αλβερτσ∏σ τηουγητσ χοµε βαχκ το. Ωε ηαϖε γοτ το τρψ, ατ λεαστ, το µακε ιτ αν αττραχτιϖε πατηωαψ, ηε δεχλαρεσ. Ονε αππροαχη ηε φαϖορσ ισ τηε δεϖελοπµεντ οφ σπεχι⇒χ χουρσεσ φορ τεαχηινγ σχιενχε πεδαγογψ. Αλβερτσ ισ σψµπατηετιχ το τηε βυρ− δενσ οφ τεαχηινγ. Ηε ηασ α δαυγητερ ωηο τεαχηεσ σχιενχε, ανδ λικε µανψ οφ ηερ χολλεαγυεσ σηε ηασ το βυψ συππλιεσ φορ χλασσεσ ουτ οφ ηερ οων σαλαρψ. Ωε∏ϖε µαδε τεαχηινγ α προφεσσιον ιν ωηιχη ιτ ισ ιµποσσιβλε το δο ωελλ υνλεσσ ψου∏ρε σοµε κινδ οφ µαρτψρ, ηε σαψσ. Ιφ ηε γετσ ηισ ωαψ, τηατ τρενδ χουλδ σταρτ το χηανγε. Εδυχατορσ, ασ ωελλ ασ ρε− σεαρχηερσ, µιγητ ψετ βε βενε⇒χιαριεσ οφ τηε νεω ιρρεϖερενχε ιν τηε σανχτυαρψ οφ σχιενχε. ∇Τιµ Βεαρδσλεψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 35 Τηε Φυτυρε οφ Αµεριχαν ∆εφενσε U.S. forces were shaped for conflict with a superpower. The emerging multilateral world calls for a smaller, more flexible and far less expensive military βψ Πηιλιπ Μορρισον, Κοστα Τσιπισ ανδ ϑεροµε Ωιεσνερ Ι ν Οχτοβερ 1981 Πρεσιδεντ Ροναλδ Ρεαγαν αννουνχεδ τηε βεγιννινγ οφ τηε βιγγεστ µιλιταρψ βυιλδυπ εϖερ υνδερτακεν βψ α νατιον ιν πεαχετιµε. Οϖερ τηε νεξτ δεχαδε τηε Υ.Σ. σπεντ µορε τηαν ∃3 τριλλιον (τηρεε θυαρτερσ οφ τηε χυρρεντ νατιοναλ δεβτ) ον ιτσ µιλι− ταρψ. Φυλλψ 60 περχεντ οφ τηοσε χοστσ ωερε δεϖοτεδ το χουντερινγ τηε τηρεατ οφ χοµµυνισµ. Τηατ τρεµενδουσ εξ− πενδιτυρε µαρκεδ τηε χυλµινατιον οφ τηε 50−ψεαρ χοµπετιτιον ωιτη τηε Σοϖιετ ΠΗΙΛΙΠ ΜΟΡΡΙΣΟΝ, ΚΟΣΤΑ ΤΣΙΠΙΣ ανδ ϑΕΡΟΜΕ ΩΙΕΣΝΕΡ ηαϖε βεεν λονγ−στανδ− ινγ αδϖοχατεσ οφ αρµσ χοντρολ. Μορρισον ισ αν εµεριτυσ προφεσσορ οφ πηψσιχσ ατ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολο− γψ. Ηε ηασ σποκεν ανδ ωριττεν ον µιλι− ταρψ στρατεγψ ανδ νυχλεαρ δισαρµαµεντ εϖερ σινχε ηε χοµπλετεδ φουρ ωαρτιµε ψεαρσ ωορκινγ ον τηε Αµεριχαν ατοµιχ βοµβ προϕεχτ. Τσιπισ ισ τηε διρεχτορ οφ τηε Προγραµ ιν Σχιενχε ανδ Τεχηνολογψ φορ Ιντερνατιοναλ Σεχυριτψ ατ Μ.Ι.Τ. Ηισ βαχκγρουνδ λιεσ ιν εξπεριµενταλ παρτιχλε πηψσιχσ; ηε ηασ αλσο ωριττεν εξτενσιϖελψ ον τηε πηψσιχσ ανδ τεχηνολογψ οφ νυχλε− αρ ωεαπονσ ανδ νυχλεαρ ωαρ. Ωιεσνερ ισ πρεσιδεντ εµεριτυσ οφ Μ.Ι.Τ. Ηε ηασ σερϖεδ ασ σχιενχε αδϖισερ το πρεσιδεντσ ϑοην Φ. Κεννεδψ ανδ Λψνδον Β. ϑοηνσον. Ωιεσνερ ηελπεδ το εσταβλιση τηε Αρµσ Χοντρολ ανδ ∆ισαρµαµεντ Αγενχψ ανδ πλαψεδ α πιϖοταλ ρολε ιν αχηιεϖινγ α παρ− τιαλ νυχλεαρ τεστ−βαν τρεατψ ανδ ιν λιµιτ− ινγ τηε δεπλοψµεντ οφ αντιβαλλιστιχ µισ− σιλε σψστεµσ. 38 Υνιον, α περιοδ δυρινγ ωηιχη εσχαλα− τιον ον ονε σιδε προϖοκεδ ρεχιπροχαλ µοϖεσ ον τηε οτηερ, εϖεν αφτερ βοτη να− τιονσ ηαδ λονγ πασσεδ τηε ποιντ οφ βοτη µυτυαλ ιντιµιδατιον ανδ οϖερκιλλ. Ωηεν τηε Σοϖιετ Υνιον ιµπλοδεδ ιν 1991, τηε Υ.Σ. ωασ στιλλ σπενδινγ µορε τηαν ∃300 βιλλιον α ψεαρ φορ α µιλιταρψ τηατ ινχλυδεδ 530 σηιπσ, 16 αχτιϖε αρµψ διϖισιονσ, µορε τηαν 3,000 πλανεσ ανδ µορε τηαν 25,000 νυχλεαρ ωαρηεαδσ. Συχη µασσιϖε φορχεσ πλαχε αν υναχχεπτ− αβλε βυρδεν ον τηε Αµεριχαν εχονοµψ ανδ σαδδλε τηε νατιον ωιτη α µιλιταρψ βυιλτ αρουνδ αν υνρεαλιστιχ σχεναριο οφ ϖαστ γλοβαλ χον⇓ιχτ. Αµεριχαν φορχεσ τηερεφορε ρεθυιρε προµπτ ρεδυχτιον ανδ ρεφορµ. Πρυδενχε ιµπλιεσ τηατ συχη χηανγεσ ιν Υ.Σ. φορχεσ χαννοτ βε τοο συδδεν, νορ σηουλδ τηεψ γο βεψονδ τηε ποσσιβιλι− τψ οφ ρεϖερσαλ. Νεϖερτηελεσσ, ϕυδιχιουσ Αµεριχαν µιλιταρψ χυτβαχκσ χουλδ σαϖε ηαλφ α τριλλιον δολλαρσ βψ τηε ενδ οφ τηε 1990σ. Τηατ µονεψ χουλδ βε φαρ µορε προδυχτιϖελψ ταργετεδ τοωαρδ ρεβυιλδ− ινγ ινφραστρυχτυρε, εξπανδινγ ηεαλτη χαρε, υπγραδινγ εδυχατιον ορ οτηερωισε ιµπροϖινγ τηε νατιον∏σ εχονοµιχ ανδ σοχιαλ ωελλ−βεινγ. Συχη ρεδυχτιονσ σηουλδ νοτ βε σεϖερε ενουγη το τηρεατεν τηε αβιλιτψ οφ τηε Υ.Σ. το µαινταιν α στρονγ νυχλεαρ δετερ− ρεντ ορ το ⇒ελδ χονϖεντιοναλ φορχεσ λαργε ενουγη το πρεϖαιλ αγαινστ ανψ φοε τηε νατιον µιγητ πλαυσιβλψ φαχε ιν τηε νεαρ φυτυρε. Ατ τηε σαµε τιµε, τηε νατιον µυστ χοντινυε αλονγ νεω πατησ το εν− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 χουραγε τηε ϕυστ ρεσολυτιον οφ ιντερνα− τιοναλ χον⇓ιχτσ τηρουγη µυλτιλατεραλ σε− χυριτψ αρρανγεµεντσ. Ιν 1990 Πρεσιδεντ Γεοργε Βυση µαδε τεντατιϖε µοϖεσ ιν τηε διρεχτιον οφ στρεαµλινινγ τηε εξχεσσιϖε Υ.Σ. µιλιταρψ χαπαβιλιτψ. Τηε Πενταγον πρεσεντεδ α ⇒ϖε−ψεαρ πλαν το χρεατε α δοωνσιζεδ βασε φορχε 25 περχεντ σµαλλερ τηαν τηε ονε τηατ εξιστεδ ατ τηε ενδ οφ τηε Ρεαγαν ψεαρσ. ∆εσπιτε µυχη ταλκ αβουτ αδδιτιοναλ µιλιταρψ χυτσ υνδερ τηε αδ− µινιστρατιον οφ Πρεσιδεντ Βιλλ Χλιντον, σιµιλαρ τηινκινγ αππεαρσ σο φαρ το γυιδε Υ.Σ. πολιχψ. Τηατ αππροαχη ισ υνσατισφαχτορψ φορ τωο ρεασονσ. Φιρστ, τηε προποσεδ φορχεσ αρε ιν µανψ ωαψσ ασ οϖερσιζεδ ασ τηεψ ωουλδ βε ιφ τηεψ ωερε στιλλ στρυχτυρεδ αρουνδ χονταινµεντ οφ τηε Σοϖιετ Υνιον, α ποωερφυλ αδϖερσαρψ τηατ νο λονγερ εξ− ιστσ. Σεχονδ, τηε πλανσ δο νοτ ψετ φυλλψ αδδρεσσ τηε νεεδ φορ ρεστρυχτυρινγ ουρ µιλιταρψ το ρε⇓εχτ τηε χηανγεδ ωορλδ. Τηε 1990 τωο−ωαρ στρατεγψ ρεµαινσ: τηε Υ.Σ. νεεδσ το ρεταιν τηε χαπαβιλιτψ το φιγητ τωο µαϕορ ρεγιοναλ ωαρσ ατ τηε σαµε τιµε ωιτηουτ σιγνι⇒χαντ αιδ φροµ αλλιεσ. Τηατ στρατεγψ σεεµσ µορε α ϕυσ− τι⇒χατιον φορ α λαργε Αµεριχαν µιλιταρψ τηαν α πλαυσιβλε σχεναριο φορ φυτυρε χον⇓ιχτσ. Ωε εξπεχτ το σεε τηε τωο−ωαρ γυιδελινε φαδε θυιετλψ αωαψ υνδερ τηε Χλιντον αδµινιστρατιον. Το αρριϖε ατ αν αδεθυατε ψετ αφφορδ− αβλε σχαλε φορ Αµεριχα∏σ αρµεδ φορχεσ, ωε αττεµπτεδ το ανσωερ τωο βασιχ θυεσ− τιονσ: Ωηο αρε ουρ µοστ προβαβλε αδ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΓΥΛΦ ΩΑΡ βρουγητ τογετηερ α ρεµαρκαβλε ιντερνατιοναλ χοαλι− τιον δεδιχατεδ το νευτραλιζινγ Ιραθ∏σ µιλιταρψ οχχυπατιον οφ Κυωαιτ. Συχη µυλτιλατεραλ χολλαβορατιον ισ λικελψ το βεχοµε Copyright 1994 Scientific American, Inc. µορε χοµµον ιν τηε ποστ∠χολδ ωαρ ωορλδ. Τηε Υ.Σ. χαν νοω δραστιχαλλψ χυτ ιτσ µιλιταρψ σπενδινγ ψετ ρεµαιν στρονγ ενουγη το φαχε δοων ανψ λικελψ αγγρεσσορ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 39 ∆εχλαρεδ Νυχλεαρ Νατιονσ U.S.: 9,860 warheads, including 2,370 on intercontinental ballistic missiles (ICBMs). START II will reduce the total number to 3,500 by the year 2002. Former Soviet Union: 10,920 warheads, including 6,630 on ICBMs, located in Russia, Ukraine, Belarus and Kazakhstan. START II will limit the total to 3,000 by the year 2002. U.K.: Approximately 300 warheads, none of them on ICBMs. France: 426 warheads, 18 of them on ICBMs. China: About 270 warheads, roughly 100 of them on ICBMs. ϖερσαριεσ ιν τηε νεξτ τωο δεχαδεσ ανδ βεψονδ, ανδ ωηατ µισσιονσ ανδ φυνχ− τιονσ δο ωε εξπεχτ ουρ µιλιταρψ το περ− φορµ ιν τηατ τιµε? ∆υρινγ τηε ηειγητ οφ τηε χολδ ωαρ, ποτεντιαλ ενεµιεσ∇πριµαριλψ τηε Σοϖιετ Υνιον, Εαστερν Ευροπε ανδ Χηινα∇ιν− χλυδεδ σοµε ηιγηλψ ινδυστριαλ χουντριεσ τηατ ωιελδεδ νυχλεαρ ωεαπονσ. Τηοσε νατιονσ χονταινεδ αβουτ 1.5 βιλλιον πεοπλε, αβουτ ονε τηιρδ οφ τηε ωορλδ∏σ ποπυλατιον; τηεψ χουλδ χολλεχτιϖελψ ⇒ελδ αρµιεσ σεϖεν µιλλιον στρονγ. Ιν χον− τραστ, τηε νατιονσ τηατ µιγητ χονχειϖ− αβλψ χονφροντ τηε Υ.Σ. ιν τηε φορεσεε− αβλε φυτυρε (Ιραν, Ιραθ, Νορτη Κορεα ανδ Λιβψα) αλλ λαχκ στρονγ ινδυστριαλ βασεσ. Τογετηερ τηεσε ηοστιλε χουντριεσ ηαϖε α ποπυλατιον οφ ϕυστ 110 µιλλιον, φροµ ωηιχη τηεψ δραω αρµιεσ τοταλινγ νο µορε τηαν τωο µιλλιον µεν ανδ ωοµ− εν. Εϖεν αφτερ α συβσταντιαλ ρεδυχτιον ιν Αµεριχαν φορχεσ, τηε Υ.Σ. ανδ ιτσ αλ− λιεσ ωουλδ ουτσπενδ τηε ρεστ οφ τηε ωορλδ ιν δεφενσε. Λαργε−σχαλε αγγρεσσιον αγαινστ Χεν− τραλ Ευροπε ισ α φαδινγ ϖισιον. Ιφ τηε ηυγε, ποωερφυλ ανδ µιλιταριλψ ηονεδ Σο− ϖιετ Υνιον διδ νοτ αττεµπτ ιτ, ιτσ ιµ− ποϖερισηεδ, φραγµεντεδ συχχεσσορσ, µανψ οφ ωηιχη αρε σεεκινγ αιδ φροµ τηε Ωεστ, συρελψ ωιλλ νοτ. Ρεγιοναλ χον⇓ιχτσ ιν Εαστερν Ευροπε ορ τηε φορµερ Σοϖιετ στατεσ µιγητ µακε νεχεσσαρψ ιντερνα− τιοναλ πεαχεκεεπινγ µισσιονσ, βυτ τηεψ ωουλδ νοτ οχχασιον α φρονταλ ασσαυλτ βψ Αµεριχαν φορχεσ. Ιν τηε ποστ∠χολδ ωαρ ωορλδ, ιτ σεεµσ εθυαλλψ υνλικελψ τηατ Αµεριχαν αρµιεσ ωιλλ βε σεντ το ⇒γητ ιν Ασια αγαινστ Χηινα ορ Ινδια. Τηε Υ.Σ. χερ− ταινλψ ωιλλ νοτ βε ωαρρινγ αγαινστ οτηερ χουντριεσ ιν Νορτη ορ Σουτη Αµεριχα. Τηε µοστ δεµανδινγ µιλιταρψ τασκσ τηε Υ.Σ. µιγητ πλαυσιβλψ φαχε ιν τηε νεξτ δεχαδε ορ τωο ωουλδ βε χουντερ− ινγ αγγρεσσιον ιν τηε Μιδδλε Εαστ ορ ον τηε Κορεαν Πενινσυλα. Χονγρεσσµαν Λεσ Ασπιν οφ Ωισχονσιν, λατερ τηε Υ.Σ. σεχρε− ταρψ οφ δεφενσε, σελεχτεδ Ιραθ ασ αν εξ− αµπλε οφ τηε µιγητιεστ µιλιταρψ φορχε 40 τηε Υ.Σ. ισ λικελψ το φαχε ιν τηε νεαρ φυ− τυρε. Ιτ ισ α γοοδ χηοιχε. Νονε οφ τηε οτηερ πλαυσιβλε Υ.Σ. οππονεντσ αρε α µατχη φορ τηε λανδ ανδ αιρ χαπαβιλιτιεσ Ιραθ ηαδ ωηεν ιτ ινϖαδεδ Κυωαιτ ιν 1990. Εϖεν Ιραν, ωηοσε ποπυλατιον ισ νεαρλψ τηρεε τιµεσ τηατ οφ Ιραθ, ηασ νο συχη µιλιταρψ ασσετσ τοδαψ. Παστ χον⇓ιχτσ ο⇑ερ ανοτηερ ωαψ το χαλ− ιβρατε Αµεριχα∏σ φυτυρε µιλιταρψ νεεδσ. Ατ πρεσεντ, τηε Υ.Σ. υσεσ αβουτ 50 αιρ− χραφτ το µονιτορ Ιραθ, ανδ µαψβε τωιχε ασ µανψ πλανεσ (νοτ αλλ οφ τηεµ φροµ τηε Υ.Σ.) µονιτορ τηε αιρσπαχε οϖερ Βοσνια. ∆υρινγ Οπερατιον ∆εσερτ Στορµ, νεαρλψ 1,700 αιρχραφτ οφ αλλ τψπεσ ⇓εω 100,000 σορτιεσ ιν 45 δαψσ. Τηε Υ.Σ. υσεδ α τοταλ οφ αβουτ 1,000 πλανεσ δυρ− ινγ βοτη τηε ςιετναµ ανδ Κορεαν ωαρσ. Ηυµανιταριαν ασσιστανχε ανδ πεαχε− κεεπινγ ε⇑ορτσ ιν Βανγλαδεση, Λεβανον ανδ Σοµαλια ηαϖε ενγαγεδ µαινλψ Μα− ρινε Εξπεδιτιοναρψ Υνιτσ χονταινινγ υπ το α τοταλ οφ 20,000 µεν ανδ ωοµεν. ∆υρινγ τηε νεξτ 10 ορ 20 ψεαρσ, τηε Υ.Σ. ισ φαρ µορε λικελψ το ⇒νδ ιτσελφ εν− γαγεδ ιν µυλτινατιοναλ ηυµανιταριαν, πεαχεκεεπινγ ανδ χουντερτερρορισµ αχ− τιϖιτιεσ τηαν ιν α µαϕορ αρµεδ χον⇓ιχτ ωιτηουτ αλλιεσ. Τηε Υ.Σ. σηουλδ πρεπαρε το χοντριβυτε το φυτυρε χοµµον σεχυρι− τψ φορχεσ ασσεµβλεδ βψ τηε Υνιτεδ Να− τιονσ ορ οτηερ γρουπινγσ οφ νατιονσ φορ οπερατιονσ συχη ασ τηε Γυλφ Ωαρ ορ Σο− µαλια. Φορ τηατ ρεσπονσιβιλιτψ, ουρ χουν− τρψ ωιλλ νεεδ τηε µεανσ το κεεπ σεα− λανεσ οπεν ανδ το ιµποσε βλοχκαδεσ ασ παρτ οφ χολλεχτιϖε σανχτιονσ αγαινστ να− τιονσ τηατ ηαϖε τακεν υπ αρµσ. Ωε νοτε τηατ ανψ φορχε ποωερφυλ ενουγη το πρε− ϖαιλ ιν α λαργε−σχαλε βαττλε ωιλλ βε µορε τηαν συ⇔χιεντ φορ ιντερνατιοναλ πολιχ− ινγ µισσιονσ. Ιν δεϖελοπινγ ουρ προποσαλ, ωε ηαϖε τριεδ το λοοκ βεψονδ τηε πρεσεντ διϖι− σιον οφ Υ.Σ. φορχεσ αλονγ σερϖιχε λινεσ. Α χοµπλεξ µιλιταρψ εσταβλισηµεντ σεεµσ µορε αµεναβλε το τιµελψ ανδ λογιχαλ ρεστρυχτυρινγ ωηεν ιτ ισ δε⇒νεδ βψ µισ− σιον ρατηερ τηαν αλονγ σερϖιχε λινεσ. Ωε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ηαϖε γρουπεδ ουρ ρεχοµµενδατιονσ αρουνδ τηε σιξ διστινχτ φυνχτιονσ οφ τηε Αµεριχαν µιλιταρψ: νυχλεαρ δετερρενχε, αιρ−λανδ βαττλε, χοντρολ οφ τηε σεασ, λανδ− σεα οπερατιονσ, ιντελλιγενχε γατηερινγ, ανδ ρεσεαρχη ανδ δεϖελοπµεντ. Αµεριχα∏σ λονγ εξπεριενχε ωιτη ϕοιντ οπερατιονσ ο⇑ερσ α βλυεπριντ φορ συχη α ρεϖισεδ µιλιταρψ στρυχτυρε. Φορ εξαµπλε, ιν τηε 1970σ τηε Υ.Σ. δεϖελοπεδ αν αιρ− λανδ βαττλε δοχτρινε φορ τηε δεφενσε οφ Ευροπε. ∆υρινγ τηε Γυλφ Ωαρ, τηε Υ.Σ. ε⇑εχτιϖελψ χοµβινεδ ιτσ λανδ, αιρ, ναϖαλ ανδ σπαχε−βορνε ωεαπονσ ανδ σψστεµσ. Τηε συχχεσσ οφ τηατ ϖεντυρε συγγεστσ τηατ ιτ µαψ βε το Αµεριχα∏σ αδϖανταγε το ρεοργανιζε ιτσ φορχεσ υνδερ σιξ χοµ− µανδσ χορρεσπονδινγ το τηε φυνχτιονσ ωε ηαϖε δεσχριβεδ. Ο νε οφ τηε µοστ δραµατιχ ανδ ωελχοµε ρεσυλτσ οφ τηε ενδ οφ τηε χολδ ωαρ ισ τηε ϖιρτυαλ δισ− αππεαρανχε οφ τηε ποσσιβιλιτψ οφ νυχλεαρ χον⇓ιχτ ωιτη τηε φορµερ Σοϖιετ στατεσ. Ασ λονγ ασ νυχλεαρ ωεαπονσ χοντινυε το εξιστ, ηοωεϖερ, τηεψ ποσε α ρισκ το Υ.Σ. ανδ ωορλδ σεχυριτψ. Ωε σετ ασ α χλεαρ ρεθυιρεµεντ τηατ τηε Υ.Σ. πρεσερϖε υνθυεστιονεδ δετερρενχε αγαινστ ανψ νυχλεαρ τηρεατ. Νυχλεαρ ωαρ βετωεεν τωο νατιονσ τηατ ποσσεσσ συβσταντιαλ νυχλεαρ αρσεναλσ ωιλλ αλµοστ συρελψ ρε− συλτ ιν µιρρορ δεϖαστατιον οφ βοτη χοµ− βαταντσ. Α φεω ηυνδρεδ ορ α φεω δοζεν ασσυρεδλψ δελιϖεραβλε νυχλεαρ ωεαπονσ ωιλλ ενσυρε σψµµετριχαλ οβλιτερατιον οφ βασεσ, χιτιεσ ανδ ινδυστρψ εϖεν ιν λαργε χουντριεσ συχη ασ Ρυσσια ορ τηε Υ.Σ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Προβαβλε Νυχλεαρ Νατιονσ Israel is believed to have 50 to 100 nearly ready warheads. India has 20 to 50 unassembled warheads. Pakistan may have up to 10 unassembled warheads, possibly of foreign design. ALSO PLAUSIBLE South Africa says it will dismantle its six Hiroshima-type bombs. North Korea is reported to be in the final stages of warhead fabrication. Iraq was well along in development of warheads before the Gulf War. Libya and Syria and perhaps Iran and Algeria have long been interested in acquiring nuclear weapons. Germany, Italy, Japan and Switzerland could produce nuclear weapons within a year of deciding to do so. Argentina, Brazil and Sweden have abandoned their nuclear weapons programs. Συχη µοδεστ νυχλεαρ ηολδινγσ τηερε− φορε χαν συ⇔χε το δισσυαδε αν αγγρεσ− σορ φροµ α νυχλεαρ ατταχκ. Βυτ συπερ− ποωερ νυχλεαρ φορχεσ λονγ αγο γρεω βε− ψονδ τηατ σιζε. Ιν 1990 τηε Υ.Σ. ηελδ µορε τηαν 12,000 στρατεγιχ νυχλεαρ ωαρηεαδσ. Τηε Σοϖιετ Υνιον ηαδ 11,000. Υνδερ τηε Στρατεγιχ Αρµσ Ρεδυχτιον Τρεατψ ( ΣΤΑΡΤ ), σιγνεδ βψ τηε τωο νατιονσ ιν 1991, τηε Υ.Σ. ρεδυχεδ ιτσ αρσεναλ το 8,500 ανδ τηε Υ.Σ.Σ.Ρ. το 6,000. Ιν ϑυνε 1992 Βυση ανδ Πρεσιδεντ Βορισ Ψελτσιν αγρεεδ το αδδιτιοναλ νυχλεαρ αρµσ χυτσ: βψ τηε ψεαρ 2003 τηε Υ.Σ. ωουλδ ηαϖε 3,500 ωαρηεαδσ ανδ Ρυσσια 3,000. Ατ τηατ τιµε, Χηινα, Φρανχε ανδ Βριταιν ωιλλ, ωε εξπεχτ, ηολδ α φεω ηυνδρεδ νυχλεαρ ωεαπονσ απιεχε. Τηε νεωερ υνδεχλαρεδ νυχλεαρ ποωερσ µαψ χολλεχτιϖελψ ποσ− σεσσ αν αδδιτιοναλ 200 ορ σο ωαρηεαδσ. Ωε ρεχοµµενδ ινστεαδ τηατ βψ τηε ψεαρ 2000 τηε Υ.Σ. ποσσεσσ α δετερρεντ φορχε οφ αππροξιµατελψ 800 ασσυρεδλψ δελιϖεραβλε ωαρηεαδσ. Πρεσεντ Υ.Σ. νυ− χλεαρ φορχεσ ωιελδ συχη ιµµενσε δε− στρυχτιϖε ποωερ τηατ εϖεν αφτερ δραστιχ χυτβαχκσ, τηε χουντρψ ωιλλ βε αβλε ε⇑εχ− τιϖελψ το φαχε δοων τηρεατσ φροµ ανψ πρεσεντ ορ ιµµινεντ νυχλεαρ νατιον. Αµεριχαν ηολδινγσ οφ νυχλεαρ ωαρηεαδσ σηουλδ βε χυτ φυρτηερ ασ τηε νατιον στριϖεσ το βρινγ αβουτ α νυχλεαρ−φρεε ωορλδ. Ωε ωουλδ αδϖοχατε εϖεν φαστερ ρεδυχτιονσ ιν νυχλεαρ αρµσ βυτ φορ ουρ αωαρενεσσ τηατ µορε προφουνδ χηανγε ωιλλ χοµε ονλψ σλοωλψ ασ λονγ ασ χαυ− τιον γυιδεσ νατιοναλ λεαδερσ. Ταχτιχαλ νυχλεαρ ωεαπονσ∇υσυαλλψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. σµαλλ−ψιελδ ωεαπονσ µεαντ φορ υσε αγαινστ ενγαγεδ φορχεσ ον τηε βαττλε− ⇒ελδ ορ αγαινστ αιρ⇒ελδσ, βασεσ ανδ φορ− ωαρδ τρανσπορτ∇σεεµ το βε οφ λιττλε µιλιταρψ υσε. Ιν Σεπτεµβερ 1991 Βυση ωισελψ ορδερεδ τηε ελιµινατιον οφ αλλ σεα−βασεδ ταχτιχαλ νυκεσ βυτ σπαρεδ α φεω ηυνδρεδ βοµβσ λοχατεδ ον σοµε χαρριερ αιρχραφτ. Τηισ λινγερινγ αβιλιτψ το ινιτιατε νυχλεαρ ατταχκ ον νοννυχλεαρ στατεσ ισ ιντολεραβλε ανδ δανγερουσ; τηε χοµπλετε ενδ οφ αλλ σηιπβοαρδ νυχλεαρ ωεαπονσ βψ τηε ψεαρ 2000 ισ α ωισερ στανχε. Ωε αλσο ρεχοµµενδ ελιµινατ− ινγ τηε νεαρλψ 1,000 Υ.Σ. ταχτιχαλ νυχλε− αρ ωεαπονσ δεπλοψεδ ον αιρχραφτ ιν ωεστερν Ευροπε, ⇒ρστ βψ νεγοτιατινγ ωιτη Βριταιν ανδ Φρανχε το ενδ τηειρ δε− πλοψµεντ οφ συχη ωεαπονσ. Τηατ ινιτια− τιϖε χουλδ σετ α σπλενδιδ τονε φορ τηε 1995 Ρεϖιεω Χονφερενχε ον τηε Νυχλε− αρ Νον−Προλιφερατιον Τρεατψ. Νυχλεαρ ωεαπονσ δεϖελοπµεντ, τεστ− ινγ ανδ µανυφαχτυρε αρε υννεχεσσαρψ ανδ ιν φαχτ αρε ενδινγ, βοτη ιν τηε Υ.Σ. ανδ ιν Ρυσσια. Χλιντον ηασ ινιτιατεδ διπ− λοµατιχ ε⇑ορτσ αιµεδ ατ α φορµαλ βαν οφ νυχλεαρ τεστινγ. Τηε ∃8 βιλλιον ουρ νατιον σπενδσ αννυαλλψ ατ σοµε 16 σπεχιαλιζεδ πλαντσ δεδιχατεδ το τηε προ− δυχτιον οφ Υ.Σ. νυχλεαρ ωεαπονσ χαν νοω βε δεϖοτεδ εντιρελψ το τηε δισασ− σεµβλψ, σαφε στοραγε ανδ εϖεντυαλ δισ− ποσαλ οφ νυχλεαρ χορεσ ανδ φορ τηε χλεανυπ οφ ραδιοαχτιϖε πολλυτιον λεφτ ιν α δοζεν στατεσ. Τηε βιγγεστ νυχλεαρ τηρεατ το τηε σε− χυριτψ οφ τηε Υ.Σ. ανδ το τηε ρεστ οφ τηε ωορλδ νοω χοµεσ φροµ τηε προλιφερα− τιον οφ νυχλεαρ ωεαπονσ ανδ ρελατεδ τεχηνολογψ. Αττεµπτσ το χοµβατ προλιφ− ερατιον ονλψ βψ στανχηινγ τηε ⇓οω οφ µατεριαλσ, εθυιπµεντ ανδ κνοω−ηοω χαννοτ πρεϖεντ τηε αππεαρανχε οφ νεω νυχλεαρ ποωερσ. Εϖεν τηε µοστ τηορ− ουγη σψστεµσ φορ σαφεγυαρδινγ νυχλεαρ κνοωλεδγε εϖεντυαλλψ λεακ. Το ρεδυχε τηε ρισκ οφ προλιφερατιον, τηε νατιονσ οφ τηε ωορλδ µυστ λοωερ τηε δεµανδ φορ, ασ ωελλ ασ τηε συππλψ οφ, νυχλεαρ ωεαπονσ. Ωιδερ ιντερνατιον− αλ σηαρινγ οφ εχονοµιχ προγρεσσ ανδ πολιτιχαλ δεχισιον µακινγ χουλδ ηελπ εασε τενσιονσ βετωεεν νατιονσ ανδ λεσσεν τηε δεµανδ φορ νυχλεαρ πρεστιγε ορ προτεχτιον. Χ ρυχιαλ τηουγη τηε νυχλεαρ χυτ− βαχκσ ωιλλ βε, µοστ οφ τηε ε⇑ορτ ατ µιλιταρψ ρεστρυχτυρινγ ωιλλ ιν− ϖολϖε χονϖεντιοναλ φορχεσ, ωηιχη αχ− χουντ φορ 80 περχεντ οφ τηε Υ.Σ. δεφενσε βυδγετ. Ωε τυρν ουρ αττεντιον ⇒ρστ το τηε πορτιον οφ τηε µιλιταρψ δεδιχατεδ το αιρ−λανδ βαττλε: γρουνδ φορχεσ ανδ τηε αιρχραφτ τηατ βοτη πρεχεδε ανδ συππορτ τηοσε φορχεσ ιν βαττλε. Τηε στρενγτη οφ αν αρµψ ισ οφτεν µεασυρεδ ιν τερµσ οφ διϖισιονσ οφ τροοπσ. Α διϖισιον ισ τηε στανδαρδ υνιτ λαργε ενουγη το ινχλυδε αλλ τηε ελεµεντσ οφ γρουνδ ωαρ : ινφαν− τρψ, αρµορεδ ϖεηιχλεσ, αρτιλλερψ, αντιαιρ− χραφτ ανδ ενγινεερσ. ∆υρινγ ωαρτιµε, α Υ.Σ. Αρµψ διϖισιον χονταινσ αβουτ 17,000 µεν ανδ ωοµεν. Τηε πρεσεντ βασε φορχε πλαν αντιχι− πατεσ ονλψ α µοδεστ ρεδυχτιον ιν Αµερ− ιχαν γρουνδ φορχεσ, φροµ τηε 16 αρµψ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 41 ΗΟΣΤΙΛΕ ΝΑΤΙΟΝΣ στιλλ αβουνδ, βυτ τηεψ πρεσεντ µορε λοχαλιζεδ χηαλλενγεσ τηαν διδ τηε Σοϖιετ Υνιον ορ Χηινα. Ιραθ (λεφτ ) ηασ ρεπεατεδλψ δεφιεδ τηε Υνιτεδ Νατιονσ ανδ ισ αττεµπτινγ το ρεβυιλδ ιτσ φορχεσ. Νορτη Κορεα χοντινυεσ το πυρ− συε νυχλεαρ ωεαπονσ. Ιν Λιβψα (χεντερ ), α ρεπρεσσιϖε ρεγιµε σπονσορσ τερρορισµ. Ανδ Ιραν∏σ βρανδ οφ Ισλαµιχ φυνδαµεν− ταλισµ (ριγητ ) µαψ τηρεατεν Μιδδλε Εαστ− ερν νατιονσ, ινχλυδινγ Υ.Σ. αλλιεσ. διϖισιονσ τηατ εξιστεδ ιν 1991 το 12 δι− ϖισιονσ βψ 1995. Ωε σεε νο προδυχτιϖε υσε φορ συχη εξτενσιϖε στανδινγ γρουνδ φορχεσ. Ονλψ Χηινα, Ινδια, Ρυσσια, ςιετ− ναµ ανδ Νορτη Κορεα ηαϖε βιγγερ αρµιεσ, ανδ τηεψ λαχκ Αµεριχα∏σ µοδ− ερν εθυιπµεντ ανδ ⇒ρστ−ρατε αιρ ανδ σεα συππορτ. Μορεοϖερ, τηε Υ.Σ. ∆επαρτ− µεντ οφ ∆εφενσε (ανδ σοµε δεφενσε αναλψστσ) χοντινυε το χαλχυλατε Αµερι− χαν νεεδσ ον τηε ασσυµπτιον τηατ ωε ωιλλ βε ⇒γητινγ αλονε. Βυτ Αµεριχα ηασ φουγητ ωιτη αλλιεσ ιν τηε παστ ανδ αλ− µοστ χερταινλψ ωιλλ δο σο ιν τηε φυτυρε. Τηε µασσιϖε, µοδερν φορχεσ οφ ωεστ− ερν Ευροπε ανδ ϑαπαν αρε φαρ µορε λικε− λψ το ⇒γητ βεσιδε τηοσε οφ τηε Υ.Σ. τηαν αγαινστ τηεµ. Νεϖερτηελεσσ, τηερε ισ τηε ρεµοτε ποσσιβιλιτψ τηατ ονε νατιον ωιτη µοδερν φορχεσ µιγητ χηανγε φροµ αλλψ το αδϖερσαρψ. Υ.Σ. χονϖεντιοναλ φορχεσ τηατ εθυαλ βυτ δο νοτ εξχεεδ τηε οϖερ− αλλ στρενγτη οφ ανψ τωο οφ τηε νατιον∏σ στρονγ αλλιεσ σεεµ α ρεασοναβλε σταν− δαρδ ιν α ωορλδ µοϖινγ τοωαρδ χοµ− µον σεχυριτψ. Τηατ γαυγε λεαδσ υσ το συγγεστ τηατ βψ τηε ψεαρ 2000 τηε Υ.Σ. σηουλδ κεεπ τηε εθυιϖαλεντ οφ αβουτ ⇒ϖε αχτιϖε αρµψ διϖισιον εθυιϖαλεντσ, ινχλυδινγ ηεαϖψ αρµορ, αιρβορνε, ηελιχοπτερ−βορνε ανδ λιγητ ινφαντρψ υνιτσ. Τηισ ⇓εξιβλε, µο− βιλε φορχε ωουλδ ρεταιν α χορε οφ αλµοστ τωο φυλλ−αρµορεδ διϖισιονσ. Τηε αρµψ ωουλδ χοµπρισε αβουτ 180,000 φυλλ− τιµε µεµβερσ, αυγµεντεδ βψ σιγνι⇒− χαντ αρµψ ρεσερϖεσ. Ηοω µανψ µοδερν µαιν βαττλε τανκσ 42 ουγητ τηε Υ.Σ. το ποσσεσσ ασ τηε δεχαδε ενδσ? Γερµαν πρεπαρατιονσ φορ τηειρ δεφενσε αγαινστ τηε Ρεδ Αρµψ (ανδ νοω ιτσ στιλλ υνφορµεδ συχχεσσορσ) ιν Χεντραλ Ευροπε ο⇑ερ α γυιδε το αππρο− πριατε Αµεριχαν τανκ στρενγτη. Γερ− µανψ δεπλοψσ αλµοστ 4,000 τοπ−οφ−τηε− λινε τανκσ, ωηιχη αρε ασ γοοδ ορ βεττερ τηαν τηε ⇒νεστ Αµεριχαν τανκσ. Φρανχε ανδ τηε Υ.Κ., τωο οφ Γερµανψ∏σ ΝΑΤΟ παρτνερσ, ηαϖε ανοτηερ 2,500 γοοδ µοδερν τανκσ βετωεεν τηεµ. Τηε Υ.Σ. Αρµψ ηασ πλαχεδ 6,500 οφ ιτσ µοστ αδ− ϖανχεδ τανκσ ιν Ευροπε. Βεχαυσε οφ γεογραπηιχ, εχονοµιχ ανδ ηιστοριχαλ φαχτορσ, ηοωεϖερ, Υ.Σ. ιντερ− εστσ εξτενδ βεψονδ Ευροπε. Ωε τηερε− φορε νεεδ το χονσιδερ τηε τανκσ ανδ οτηερ αρµορεδ φορχεσ ελσεωηερε αρουνδ τηε ωορλδ. Ιν τηε Μιδδλε Εαστ, Ιραθ ηαδ τηε µοστ εξτενσιϖε αρραψ οφ υπ−το−δατε τανκσ βεφορε τηε Γυλφ Ωαρ δραµατιχαλλψ ρεδυχεδ ιτσ ινταχτ ωεαπονρψ. Τοδαψ τηε στρονγεστ Μιδδλε Εαστερν τανκ φορχεσ αρε τηοσε οφ Ισραελ (µορε τηαν 3,000 µαιν βαττλε τανκσ) ανδ οφ Σψρια (χλοσε το 4,000 τανκσ, µανψ οφ τηεµ οφ ολδερ δεσιγν). Ιραν ηασ φεωερ τηαν 500 τανκσ, ϕυστ ονε τεντη οφ τηε πρε−ωαρ Ιραθι φορχε. Χηινα ηασ α φορχε οφ 8,000 τανκσ, ανδ Ινδια ηολδσ αβουτ 3,000 ολδερ τανκσ. Βοτη χουντριεσ ηαϖε συβσταντιαλ αρµιεσ ανδ ϖαστ τερριτοριεσ, βυτ ιτ ισ ηιγηλψ υν− λικελψ τηατ ειτηερ ωιλλ ενγαγε Αµεριχαν γρουνδ φορχεσ ιν τηε νεξτ δεχαδε ορ τωο. Ασιδε φροµ α φεω Αµεριχαν αλλιεσ ( Γερµανψ, Φρανχε, τηε Υ.Κ. ανδ ποσσι− βλψ Ισραελ ανδ Σουτη Κορεα ), νο χουντρψ νοω ποσσεσσεσ α τανκ φορχε τηατ χουλδ µατχη 500 οφ τηε νεωερ Υ.Σ. τανκσ. Ιν Ευροπε, Γερµανψ ισ ωελλ πρεπαρεδ φορ λανδ δεφενσε. Ωε προποσε τηατ, ιν αδδιτιον, τηε Υ.Σ. σηουλδ δεπλοψ αβουτ 1,200 οφ ιτσ βεστ ηεαϖψ τανκσ ιν Ευροπε. Ηαλφ οφ τηοσε τανκσ χουλδ βε κεπτ ιν στοραγε, τηε οτηερ ηαλφ ον αχτιϖε δυτψ. Ανοτηερ 800 Υ.Σ. τανκσ σηουλδ βε µαιν− ταινεδ φορ ραπιδ δεπλοψµεντ ιν ανψ βατ− τλεσ τηατ µιγητ ερυπτ ιν οτηερ τηεατερσ αρουνδ τηε ωορλδ. Αµεριχα∏σ ποωερφυλ χοµβατ ηελιχοπτερσ ωιλλ ρεµαιν αν ιµ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 πορταντ αντιαρµορ ωεαπονσ σψστεµ τηατ ενηανχεσ τηε ε⇔χαχψ οφ τηε νατιον∏σ τανκσ. Α ρεδυχτιον ιν ταχτιχαλ αιρ στρενγτη σηουλδ αχχοµπανψ τηε δεεπ χυτ ιν γρουνδ φορχεσ. Τηε Βυση βασε φορχε πλαν προϖιδεδ 56 χοµβατ σθυαδρονσ οφ ⇒γητ− ερ ανδ γρουνδ−ατταχκ, ⇒ξεδ−ωινγ αιρ− χραφτ ιν 1993, ωηιχη αδδσ υπ το νεαρλψ 1,200 πριµαρψ αιρπλανεσ; σπαρεσ, τραιν− ινγ χραφτ ανδ τηε λικε νεαρλψ δουβλε τηατ νυµβερ. Ωε ρεχοµµενδ α διµινυτιον οφ ταχτιχαλ αιρ στρενγτη, ρουγηλψ ιν προ− πορτιον το τηε χυτσ ιν γρουνδ φορχεσ, το αβουτ ονε τηιρδ τηε 1993 νυµβερ. Τηε ρεχον⇒γυρεδ αεριαλ φορχεσ ωιλλ χονσιστ οφ 18 σθυαδρονσ αρµεδ ωιτη τηε νεωεστ αιρχραφτ τψπεσ: τηε Φ−117 Στεαλτη ⇒γητ− ερσ, Φ−15σ ανδ Φ−16σ∇Αµεριχα∏σ τοπ−οφ− τηε−λινε ⇒γητερσ∇ανδ τηε στυρδψ Α−10 γρουνδ−ατταχκ αιρπλανε. Μαρινε ανδ ναϖψ αϖιατιον υνιτσ ωιλλ αυγµεντ τηισ τοταλ. Χ οντρολ οφ τηε σεασ ηασ λονγ βεεν α χεντραλ φυνχτιον οφ Αµεριχαν αρµεδ φορχεσ; τηισ ηιστοριχαλ εµ− πηασισ ισ συρε το χοντινυε. Συχη χαπα− βιλιτψ ωιλλ συππορτ βοτη Αµεριχαν ανδ µυλτιλατεραλ ιντερϖεντιονσ ιν οϖερσεασ χρισεσ οφ ανψ κινδ. Αµονγ τηε αρµεδ σερϖιχεσ, τηε Υ.Σ. Ναϖψ νοω ρεχειϖεσ τηε λαργεστ σηαρε οφ τηε µιλιταρψ βυδγετ. Αιρχραφτ χαρριερσ αχχουντ φορ α ηεφτψ πορτιον οφ τηατ εξπενδιτυρε. Τηε ∆ε− παρτµεντ οφ ∆εφενσε στιλλ ιντενδσ το µαινταιν αν αµαζινγ 12 χαρριερ βαττλε γρουπσ ιν 1995, εϖεν τηουγη Σοϖιετ να− ϖαλ φορχεσ αρε νο λονγερ α τηρεατ. Υ.Σ. Ναϖψ ατταχκ χαρριερσ αρε τηε βιγ− γεστ, µοστ χοστλψ, χοµπλεξ ωαρσηιπσ εϖερ ινϖεντεδ. Α σηιπ οφ τηε νυχλεαρ− ποωερεδ Νιµιτζ χλασσ στρετχηεσ 1,000 φεετ λονγ. Ιτ χαρριεσ ιτσ χρεω οφ 5,000 µεν ανδ ωοµεν ανψωηερε ιν τηε ωορλδ ατ α χρυισινγ σπεεδ οφ 35 µιλεσ περ ηουρ. Ονε Νιµιτζ−χλασσ χαρριερ χαν τρανσπορτ το ανψ χοαστ αν αεριαλ στρικε φορχε χοµ− παραβλε το τηε εντιρε αιρ ποωερ οφ χουν− τριεσ συχη ασ Χαναδα, ∆ενµαρκ ορ Ιραν. Ναϖψ χαρριερσ µακε ιτ ποσσιβλε το προϕεχτ Αµεριχαν αιρ ποωερ α φεω ηυν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. δρεδ µιλεσ ινλανδ, α χονσιδεραβλε αδ− ϖανταγε ωηεν τηερε αρε νο φριενδλψ αιρ− βασεσ ονσηορε. Τηε χαρριερσ αλσο ρεταιν αν ολδ φυνχτιον: το σηοω τηε ⇓αγ σπεχ− ταχυλαρλψ, γιϖινγ ωαρνινγ οφ ιµπενδινγ Υ.Σ. ηοστιλε αχτιον ανδ τακινγ χοντρολ οφ στραιτσ ανδ πορτσ φροµ τηε σεα. Ιν τηε ωορλδ ωε ηοπε το εντερ, τηερε ισ νο γρεατ ρεασον φορ τηε Υ.Σ. το αχτ σο δετερµινεδλψ αλονε. Ιφ Αµεριχανσ χαν αχχεπτ α µορε χοοπερατιϖε ϖιεω οφ σεχυ− ριτψ, τηισ χουντρψ ωιλλ νοτ νεεδ σο µυχη ποωερ αγαινστ δισταντ στατεσ. Φιϖε αχτιϖε χαρριερσ σεεµ πλεντψ; τηεψ ωουλδ ρεµαιν αν υνµατχηεδ φορχε φορ τηε προϕεχτιον οφ Αµεριχαν ποωερ. Τωο χαρριερσ µιγητ νορµαλλψ βε δεϖοτεδ το νονϖιολεντ µισ− σιονσ, φορ ινστανχε, το ρεσχυε, ρελιεφ συππλψ ανδ εϖαχυατιον δυτιεσ, χαρριεδ ουτ υνδερ ιντερνατιοναλ σπονσορσηιπ ορ εϖεν υνιλατεραλλψ. Τηε ναϖψ µιγητ βενε− ⇒τ φροµ βυιλδινγ σεϖεραλ σµαλλερ χαρρι− ερσ ασ χηεαπερ, µορε ϖερσατιλε ρεπλαχε− µεντσ φορ τηε χυρρεντ βεηεµοτησ. Ωηιλε ατ σεα, εαχη χαρριερ χυρρεντλψ ρεχειϖεσ συππορτ φροµ σιξ ωαρσηιπσ. Ασ τηε νυµβερ οφ χαρριερσ δωινδλεσ, σο ωουλδ τηισ συππορτ. Τωελϖε αντιαιρ ανδ αντισηιπ µισσιλε χρυισερσ, αλονγ ωιτη 18 οφ τηε µοστ υπ−το−δατε αντισυβµαρινε σηιπσ, ωουλδ φυρνιση αµπλε συρφαχε εσ− χορτσ φορ τηε ρεµαινινγ χαρριερσ. Τωο νυχλεαρ−ποωερεδ ατταχκ συβµαρινεσ φορ εαχη βαττλε γρουπ ωουλδ αδδ υνδερσεα προτεχτιον. Τηε 1992 ρεπορτ οφ τηε σεχρεταρψ οφ δεφενσε χαλλσ φορ 145 χοµβατ σηιπσ ιν 1995. Ωε ρεχοµµενδ ινστεαδ α στι⇑ δραωδοων ιν τηε ναϖψ χοµπαραβλε ιν µαγνιτυδε το τηατ ωε φουνδ ρεασοναβλε φορ τηε αρµψ. Ονχε αγαιν, ωε βασε ουρ ρεχοµµενδατιον ον τηε πρινχιπλε τηατ τηε Υ.Σ. µιλιταρψ ρεσουρχεσ χοντριβυτινγ το τηε χολλεχτιϖε σεχυριτψ οφ ουρ αλλιεσ σηουλδ χονστιτυτε α φορχε σεχονδ το νονε βυτ νο γρεατερ τηαν ανψ οτηερ τωο χοµβινεδ. Τηατ πρινχιπλε αλλοωσ φορ α γενερουσ Υ.Σ. ⇓εετ χονταινινγ µορε τηαν 30 δεστροψερσ ανδ φριγατεσ, οϖερ ανδ αβοϖε τηε 18 ασσιγνεδ το τηε χαρρι− ερ βαττλε γρουπσ. Τηε τοταλ Υ.Σ. συρφαχε Copyright 1994 Scientific American, Inc. ναϖαλ στρενγτη (12 χρυισερσ, 50 δεστροψ− ερσ ανδ φριγατεσ ανδ ⇒ϖε βιγ χαρριερσ) ωουλδ χοντινυε το βε τηε βιγγεστ ναϖαλ φορχε ατ σεα. Ναϖαλ αιρ στρενγτη µιγητ βε κεπτ ατ α λεϖελ σοµεωηατ ηιγηερ τηαν τηε νυµ− βερ οφ αιρχραφτ τηατ χαν βε δελιϖερεδ βψ τηε ρεδυχεδ ⇓εετ οφ χαρριερσ. Συχη αιρ− πλανεσ χαν οπερατε φροµ ρυνωαψσ ον λανδ ιν αδδιτιον το τηοσε ατ σεα. Τηε πρεσεντ 620 αχτιϖε χαρριερ−βορνε ναϖαλ ⇒γητερσ, βοµβερσ ανδ ατταχκ αιρχραφτ χαν βε παρεδ το αβουτ 210 πλανεσ. Λανδ− βασεδ, λονγ−ρανγε µαριτιµε πατρολ αιρ− χραφτ χαν περφορµ α ωιδε ϖαριετψ οφ συρϖειλλανχε τασκσ ον τηε ηιγη σεασ. Ιν α ωορλδ φυλλ οφ συρπρισεσ, ωε ρεχοµµενδ ρεταινινγ νεαρλψ τηε φυλλ πρεσεντ νυµ− βερ οφ τηεσε χραφτ. Αβουτ 250 Οριον Π−3 τυρβοπροπ πατρολ αιρπλανεσ χαν συρϖεψ τηε µοστ ιµπορταντ οχεαν αρεασ ιν χον− ϕυνχτιον ωιτη τηε αιρχραφτ χαπαβλε οφ περφορµινγ τηε σαµε µισσιονσ τηατ βε− λονγ το Αµεριχαν µαριτιµε αλλιεσ. Τηε Υ.Σ. Μαρινεσ, βψ οριγιν ανδ βψ τραδιτιον, οπερατε ατ τηε ιντερφαχε βε− τωεεν σεα ανδ λανδ. Τηεψ αρε τηε µοστ ϖερσατιλε χοµπονεντ οφ τηε Αµεριχαν αρµεδ φορχεσ. Ονε Μαρινε Εξπεδιτιον− αρψ Υνιτ νυµβερσ αβουτ 2,500 µεν ανδ ωοµεν, αλονγ ωιτη 10 τανκσ ανδ αρ− τιλλερψ βαττεριεσ, ηαλφ α δοζεν ϖερτιχαλ− τακεο⇑ ατταχκ αιρχραφτ ανδ 30 ηελιχοπ− τερσ ανδ τηειρ χρεωσ. Τηε µαρινεσ νοω ηαϖε α δοζεν ορ µορε ηελιχοπτερ χαρρι− ερσ τηατ αρε αβλε το λανδ αν εξπεδιτιον− αρψ υνιτ ανδ ιτσ αρµορ ον ανψ βεαχη. ∆εχλινεσ ιν Μιλιταρψ Τηρεατσ το τηε Υ.Σ. Π lummeting world military expenditures offer an opportunity for commensurate cuts in U.S. defense spending (top ). Some changes seen here reflect shifts in the value of currencies and a reclassification of former Warsaw Pact nations into the “rest of the world” category. Our projection assumes that by the year 2000 the U.S. and its allies will account for 60 percent of world military spending, a higher percentage than in 1987. American military cutbacks will be steep but no more so than during postwar transitions earlier in this century (bottom ). WORLDWIDE ANNUAL EXPENDITURES 1987 1992 2000* 0 100 200 *projected, including authors’ proposal U.S. U.S. ALLIES 300 400 500 600 1990 DOLLARS (BILLIONS) SOVIET BLOC AND CHINA 700 FORMER SOVIET UNION AND CHINA 800 900 ALL OTHERS U.S. ANNUAL EXPENDITURES 1930 1940 WORLD WAR II 1950 KOREAN WAR 1960 VIETNAM WAR 1970 1980 AUTHORS’ GOAL 1990 2000 0 100 200 BUILDUP IN 1980S 300 400 500 600 1990 DOLLARS (BILLIONS) 700 800 900 SOURCE: International Institute for Strategic Studies ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 43 Τηεσε υνιτσ αλλοω τηε ⇓εξιβλε, σπεεδψ, σµαλλ−σχαλε ρεσπονσε τηατ ισ λικελψ το βε νεχεσσαρψ φορ φυτυρε µισσιονσ, ωηετηερ σεντ αχροσσ α βεαχη φορ αν ιντερϖεν− τιοναρψ ατταχκ ορ φορ λεσσ βελλιγερεντ µισσιονσ, συχη ασ τηε Υ.Σ. εντρψ ιντο Σοµαλια. Τηε υνιθυε χαπαβιλιτιεσ οφ τηε µα− ρινεσ σεεµ χρυχιαλ το πρεσερϖε. Εϖεν ιφ φορχιβλε εντρψ οντο φορειγν σοιλ βεχοµεσ ασ ραρε ασ ιτ σηουλδ, µανψ ηυµανιταρι− αν ανδ πεαχεκεεπινγ µισσιονσ ωιλλ χον− τινυε το δεµανδ θυιχκ αχτιον, οφτεν τηρουγη ιναδεθυατε σεαπορτσ. Βυτ τηε εξιστινγ µαρινε φορχεσ χουλδ βε συβ− σταντιαλλψ τριµµεδ. Ωε προποσε τηατ τηε Υ.Σ. συσταιν α δοζεν διστινχτ εξπεδιτιον− αρψ υνιτσ, ωηιχη ωουλδ βε γρουπεδ ασ νεεδεδ. Τηισ χηανγε ωουλδ βρινγ αβουτ αν οϖερδυε ρεδυχτιον ιν µαρινε φορχεσ φροµ αλµοστ 200,000 περσονσ το ονε αυγµεντεδ διϖισιον ανδ ιτσ αιρ συππορτ, ορ αβουτ 50,000 περσονσ. Τηε µαρινεσ ωουλδ ρεταιν αβουτ 25 οφ τηε πρεσεντ 65 αµπηιβιουσ ωαρφαρε σηιπσ, µαινλψ τηε νεωερ ονεσ. Τηε τριµµεδ µαρινε φορχεσ ωουλδ ρεχειϖε αιρ συππορτ χοµπαραβλε το τηατ οφ ονε οφ τηε πρεσεντ Μαρινε Αιρ Ωινγσ: 150 ⇒ξεδ−ωινγ χοµβατ αιρχραφτ ( ινχλυδινγ 40 οφ τηε υνιθυε ϖερτιχαλ−τακεο⇑ Ηαρρι− ερσ) ανδ α σιµιλαρ νυµβερ οφ γυνσηιπσ ανδ τρανσπορτ ηελιχοπτερσ. Τωο ϖερψ ιµπορταντ χοµπονεντσ οφ τηε Υ.Σ. µιλιταρψ∇ιντελλιγενχε ανδ µιλι− ταρψ Ρ&∆∇λιε ουτσιδε τηε βουνδαριεσ οφ ειτηερ χονϖεντιοναλ ορ νυχλεαρ φορχ− εσ. Ωε ενϖισιον τηεσε τωο σεχτορσ εϖεν− τυαλλψ φαλλινγ υνδερ τηειρ οων, σεπαρατε χοµµανδσ. Ονλψ σοµε οφ τηειρ φυνχ− τιονσ χαν βε ρεδυχεδ ιν προπορτιον ωιτη τηε δεεπ χυτσ ουτλινεδ σο φαρ. Τηε Υ.Σ. µοστλψ κεεπσ σεχρετ τηε χοστσ οφ ιτσ ινφορµατιον γατηερινγ, ινχλυδινγ τηατ χονδυχτεδ φροµ σπψ σατελλιτεσ. ∆εφενσε αναλψστσ ηαϖε µαδε ινφορµαλ εστιµατεσ, ηοωεϖερ, ωηιχη αρε βεχοµινγ ινχρεασ− ινγλψ χρεδιβλε. Ωε υσε τηοσε εστιµατεσ ιν ουρ προποσαλ. Τηε λαργεστ σινγλε ινφορµατιον−γατη− ερινγ ιτεµ ιν τηε Υ.Σ. δεφενσε βυδγετ (∃11 βιλλιον ιν 1990 δολλαρσ) παψσ φορ δεχεντραλιζεδ ταχτιχαλ ιντελλιγενχε: ρε− χονναισσανχε αιρχραφτ, ραδιο µονιτορινγ Α Στρατεγψ φορ Υ.Σ. Αρµσ Ρεδυχτιονσ Τ he military reorganization outlined in this article would maintain U.S. security while leading to enormous cost reductions. A breakdown of our proposal (below, right ) shows the size and cost of the restructured forces for the year 2000. The “base force” plan developed under President George Bush still reflects the Pentagon’s spending goals through 1995. Our approach would save $670 billion in current dollars by the end of the decade (below, left ). NONNUCLEAR FORCES 300 AIR-LAND BATTLE 5 ACTIVE ARMY DIVISIONS 400 ACTIVE AIRCRAFT 250 400 RESERVE AIRCRAFT 10 SHIPS AND 20 PREPOSITIONED SEALIFT FORCES 200 150 100 PROPOSED FORCES FOR THE YEAR 2000 ANNUAL MILITARY EXPENDITURES (BILLIONS OF CURRENT DOLLARS) 5 RESERVE ARMY DIVISIONS LAND-SEA INTERFACE 1 ACTIVE MARINE DIVISION 1 RESERVE MARINE DIVISION 150 AIRCRAFT AND 30 ASSAULT SHIPS 500 AIRLIFT PLANES SEA CONTROL 5 CARRIER GROUPS 47 CRUISERS, FRIGATES AND DESTROYERS 15 MINE WARFARE SHIPS 40 ATTACK SUBMARINES 260 PATROL AIRCRAFT 50 AUXILIARY SHIPS 50 NUCLEAR DETERRENCE 800 WARHEADS INTELLIGENCE AND SPACE RESEARCH, DEVELOPMENT AND TESTING 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 “BASE FORCE” PLAN AUTHORS’ PROPOSAL 44 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 0 5 10 15 COST (BILLIONS OF CURRENT DOLLARS) 20 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ανδ α δοζεν ορ µορε οτηερ αχτιϖιτιεσ τηατ δελιϖερ σηορτ−τερµ βαττλε⇒ελδ ινφορ− µατιον το χοµβατ φορχεσ ωηερεϖερ τηεψ αρε. Ρεδυχτιονσ ιν τηε σιζε οφ Αµεριχα∏σ αρµεδ φορχεσ δεχρεασε τηε νεεδ φορ συχη ιντελλιγενχε. Τηεσε αχτιϖιτιεσ χαν βε παρεδ το ∃3.5 βιλλιον, α σοµεωηατ σµαλλερ χυτ τηαν τηοσε ωε συγγεστ ιν τηε χοµβατ φορχεσ τηεµσελϖεσ. Αµεριχα∏σ διϖερσε µιλιταρψ σατελλιτεσ ανδ ιτσ σιγναλ−δεχρψπτινγ οργανιζατιον, τηε Νατιοναλ Σεχυριτψ Αγενχψ, προϖιδε α ϖαλυαβλε στρεαµ οφ ηαρδ ινφορµατιον ον γλοβαλ α⇑αιρσ. Ωε ωουλδ ρεταιν τηισ υσε− φυλ ⇓οω νεαρλψ ιν φυλλ ατ ∃9 βιλλιον περ ψεαρ, α σλιγητ δροπ φροµ τηε χυρρεντ ∃11 βιλλιον. Τηε Χεντραλ Ιντελλιγενχε Αγεν− χψ∇εστιµατεδ το χοστ ∃3 βιλλιον α ψεαρ, αβουτ ονε τεντη οφ τηε ιντελλιγενχε το− ταλ∇χαν συσταιν α 50 περχεντ φυνδινγ χυτ, ιν παρτ το χυρταιλ χοϖερτ οπερατιονσ οφ δυβιουσ ϖαλυε αλλ οϖερ τηε γλοβε. Τηε τοταλ χοστσ οφ ιντελλιγενχε χαν δεχλινε φροµ τηε συρµισεδ 1992 συµ οφ ∃29 βιλ− λιον το ∃18 βιλλιον ιν χυρρεντ δολλαρσ βψ τηε ψεαρ 2000. Τηε Υ.Σ. σηουλδ σεριουσ− λψ χονσιδερ σηαρινγ συβσταντιαλ χηυνκσ οφ τηε χοστσ ανδ ρεσυλτσ οφ ιτσ ιντελλι− γενχε αχτιϖιτιεσ ωιτη Αµεριχαν αλλιεσ ανδ ωιτη τηε Υ.Ν. Ρεσεαρχη ανδ δεϖελοπµεντ οφ νεω νυχλεαρ ανδ χονϖεντιοναλ ωεαπονσ ηασ προϖιδεδ τηε Αµεριχαν µιλιταρψ ωιτη αν υνσυρπασσεδ τεχηνολογιχαλ εδγε ον τηε βαττλε⇒ελδ ανδ α ρεδουβταβλε δετερ− ρενχε το νυχλεαρ αγγρεσσιον φροµ αφαρ. Ιν ⇒σχαλ 1993 ωεαπονσ ρεσεαρχη, ατ σλιγητλψ µορε τηαν ∃42 βιλλιον, τοοκ 59 περχεντ οφ αλλ φεδεραλ Ρ&∆ φυνδσ φορ τηε ψεαρ. Οφ τηατ τοταλ, νεαρλψ ∃38 βιλ− λιον ωασ σπεντ ον τηε δεϖελοπµεντ, τεστινγ ανδ εϖαλυατιον οφ νεω ωεαπονσ. Φορτψ ψεαρσ οφ συχη ινϖεστµεντσ ηαϖε παιδ ο⇑. Ιν µανψ χασεσ, Υ.Σ. αρµσ αρε νοω τεχηνολογιχαλλψ συπεριορ το τηοσε τηατ αν οππονεντ χουλδ δεπλοψ εϖεν α δεχαδε φροµ νοω. Μορεοϖερ, δεφενσε Ρ&∆ σπενδινγ ιν τηε φορµερ Σοϖιετ Υνιον ηασ πλυµµετεδ σινχε ιτσ δισσολυ− τιον ιν 1991. Τηε ραχε το σταψ αηεαδ χαν νοω σλοω δοων. Εϖεν ατ ∃15 βιλλιον α ψεαρ, τηε Υ.Σ. ωουλδ σπενδ νεαρλψ 10 τιµεσ ασ µυχη ον µιλιταρψ Ρ&∆ ασ Γερµανψ ανδ ϑαπαν χοµβινεδ. Κεψ σαϖινγσ ωιλλ ρεσυλτ φροµ χανχελινγ φυρτηερ ωορκ ον ινεσσεντιαλ προϕεχτσ συχη ασ τιλτ−ροτορ αιρχραφτ ανδ νεω ατταχκ συβµαρινεσ ανδ φροµ ενδ− ινγ οτηερ βιγ Ρ&∆ προγραµσ αιµεδ ατ τηε νονεξιστεντ Σοϖιετ τηρεατ. Συχη σαϖ− ινγσ ωιλλ αλλοω φυλλ φυνδινγ φορ τηε χοµ− µυνιχατιονσ, ελεχτρονιχ χουντερµεα− συρεσ ανδ συρϖειλλανχε−ανδ−ατταχκ σψσ− τεµσ νεεδεδ το σαφεγυαρδ τηε θυαλιτατιϖε συπεριοριτψ οφ µανψ Αµεριχαν ωεαπονσ σψστεµσ. Βασιχ ανδ αππλιεδ, δυαλ−υσε µιλιταρψ ρεσεαρχη χαν σταψ ατ τηε πρεσεντ ∃4 βιλλιον α ψεαρ ωηιλε λεαϖινγ αµπλε Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΟΜΑΛΙΑ ΜΙΣΣΙΟΝ ηεραλδσ τηε ιντερνατιοναλ ηυµανιταριαν αχτιονσ τηατ µαψ βε− χοµε αν ινχρεασινγλψ ιµπορταντ φυνχτιον οφ τηε Υ.Σ. µιλιταρψ ιν τηε φυτυρε. ∆εσπιτε σοµε µισστεπσ, τηε µισσιον βρουγητ φοοδ ανδ συππλιεσ το α δεϖαστατεδ ποπυλατιον. φυνδσ φορ πρεσερϖινγ τηε δεφενσε τεχη− νολογψ βασε ανδ φορ πρεσσινγ φορωαρδ ωιτη αδϖανχεδ τεχηνολογψ προγραµσ. Ρ εχεντ Αµεριχαν µιλιταρψ ενγαγε− µεντσ ο⇑ερ α γλιµπσε οφ α φυ− τυρε δε⇒νεδ νοτ βψ µασσιϖε πρεπαρατιονσ φορ α συπερποωερ ωαρ βυτ βψ α ϖερσατιλε µιξ οφ φορχεσ συιτεδ το α ωορλδ ιν τρανσιτιον. Τελεϖισιον ηασ βρουγητ τηε Αµεριχαν πυβλιχ ϖιϖιδ ιµ− αγεσ οφ αιρ δελιϖεριεσ το βεσιεγεδ τοωνσ ιν Βοσνια, ηελιχοπτερσ ροχκετινγ στρονγ− ποιντσ ιν Μογαδισηυ ανδ Ιραθι ραδαρ σιτεσ κνοχκεδ ουτ βψ µισσιλεσ φροµ Αµεριχαν σηιπσ σπεεδινγ ατ σεα φαρ− αωαψ. Ωηατ τηοσε ποωερφυλ βυτ πιεχε− µεαλ ιµαγεσ χαννοτ σηοω ισ ηοω πρε− ποστερουσλψ δισπροπορτιονατε Υ.Σ. µιλι− ταρψ φορχεσ ηαϖε βεχοµε ιν χοµπαρισον ωιτη τηε χηαλλενγεσ τηεψ φαχε. Τηε µιλιταρψ ρεστρυχτυρινγ τηατ ωε προποσε αττεµπτσ το ρεσπονδ ρεαλιστι− χαλλψ το τηε ηιστοριχαλ χηανγεσ ιν τηε γεοπολιτιχαλ µαπ τηατ ηαϖε τακεν πλαχε ιν τηε παστ φεω ψεαρσ. Ιτ ισ α χαυτιουσ πλαν τηατ αντιχιπατεσ α ωελχοµε εµ− βραχε οφ τηε νοτιον οφ πεαχε τηρουγη χοοπερατιον ωηιλε ρεµαινινγ αλερτ το νεω ρισκσ οφ ωαρ. Τηε ρεδυχεδ φορχεσ ωε αδϖοχατε σηουλδ βε αδεθυατε το υν− δερτακε σιξ το ειγητ σιµυλτανεουσ Σο− µαλια−λικε οπερατιονσ ορ το µουντ α φορχε σοµεωηατ λαργερ τηαν τηε Αµερι− χαν χοµπονεντ οφ ∆εσερτ Στορµ. Βψ τηε ψεαρ 2000 Υ.Σ. φορχεσ ωουλδ ρεµαιν µορε χαπαβλε ανδ µορε ϖερσατιλε τηαν ανψ οτηερ ιν τηε ωορλδ, ατ α χοστ οφ ∃164 βιλλιον περ ψεαρ ιν χυρρεντ δολλαρσ, α 60 περχεντ ρεδυχτιον φροµ ρεαλ εξ− πενδιτυρεσ ιν 1992. Συχη χυτβαχκσ ωιλλ πλαχε α δε⇒νιτε, τηουγη λοχαλιζεδ, βυρδεν ον τηε Αµερι− χαν εχονοµψ ; ινδεεδ, τηε αππρεηεν− σιον οφ τηατ στρεσσ ηασ σλοωεδ τηε ιν− εϖιταβλε ρεδυχτιον ιν µιλιταρψ σπενδινγ. Βυτ τηε Υ.Σ. ηασ ωεατηερεδ σιµιλαρ τραν− σιτιονσ ιν τηε παστ. Μορεοϖερ, εαχη βιλ− λιον δολλαρσ οφ µιλιταρψ σαϖινγσ, ιφ σπεντ ιν τηε χιϖιλιαν εχονοµψ, χαν χρεατε µορε τηαν τωιχε ασ µανψ ϕοβσ ασ τηοσε λοστ ιν τηε ωεαπονσ ινδυστρψ. Αµεριχαν λεαδερσηιπ ωιλλ βε ϖιταλ ιν βρινγινγ αβουτ α µορε πεαχεφυλ, λεσσ µιλιταριζεδ ωορλδ. Ατ τηε βεγιννινγ οφ τηε 1990σ, νατιονσ σθυανδερεδ νεαρλψ α τριλλιον δολλαρσ α ψεαρ ιν µιλιταρψ προ− γραµσ ωορλδωιδε. Ιν τηε νεαρ φυτυρε, ωε ηοπε µυχη οφ τηε ρεσουρχεσ σο µισ− διρεχτεδ χαν βε υσεδ το ταχκλε ενϖιρον− µενταλ ανδ ηυµαν προβλεµσ ιν τηε Υ.Σ. ανδ αρουνδ τηε γλοβε. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΧΥΤΤΙΝΓ ΧΟΝςΕΝΤΙΟΝΑΛ ΦΟΡΧΕΣ: ΑΝ ΑΝΑΛΨΣΙΣ ΟΦ ΤΗΕ ΟΦΦΙΧΙΑΛ ΜΑΝ∆ΑΤΕ, ΣΤΑΤΙΣΤΙΧΣ ΑΝ∆ ΠΡΟΠΟΣΑΛΣ ΙΝ ΤΗΕ ΝΑΤΟ−ΩΤΟ ΤΑΛΚΣ ΟΝ ΡΕ∆ΥΧΙΝΓ ΧΟΝ− ςΕΝΤΙΟΝΑΛ ΦΟΡΧΕΣ ΙΝ ΕΥΡΟΠΕ. Εαστ− Ωεστ Χονϖεντιοναλ Φορχε Στυδψ. Ινστι− τυτε φορ ∆εφενσε ανδ ∆ισαρµαµεντ Στυδιεσ, ϑυλψ 1989. ∆ΕΧΙΣΙΟΝΣ ΦΟΡ ∆ΕΦΕΝΣΕ: ΠΡΟΣΠΕΧΤΣ ΦΟΡ Α ΝΕΩ ΟΡ∆ΕΡ. Ωιλλιαµ Ω. Καυφµανν ανδ ϑοην Στεινβρυνερ. Βροοκινγσ Ινστι− τυτιον, 1991. ∆ΕΦΕΝΣΕ ΧΥΤΣ ΑΝ∆ ΧΟΟΠΕΡΑΤΙςΕ ΣΕΧΥ− ΡΙΤΨ ΙΝ ΤΗΕ ΠΟΣΤ∠ΧΟΛ∆ ΩΑΡ ΩΟΡΛ∆. Ρανδαλλ Φορσβεργ ιν Βοστον Ρεϖιεω, ςολ. 17, Νοσ. 3∠4, παγεσ 5∠9; Μαψ/ϑυλψ 1992 ( ρεπριντεδ βψ τηε Ινστιτυτε φορ ∆εφενσε ανδ ∆ισαρµαµεντ Στυδιεσ ). ΦΑΧΙΝΓ ΡΕΑΛΙΤΨ: ΤΗΕ ΦΥΤΥΡΕ ΟΦ ΤΗΕ Υ.Σ. ΝΥΧΛΕΑΡ ΩΕΑΠΟΝΣ ΧΟΜΠΛΕΞ. Εδιτεδ βψ Πετερ Γραψ. Τιδεσ Φουνδατιον, 1992. ΤΗΕ ΜΙΛΙΤΑΡΨ ΒΑΛΑΝΧΕ 1992∠1993. Χολ. Ανδρεω ∆υνχαν ετ αλ. Ιντερνατιοναλ Ιν− στιτυτε φορ Στρατεγιχ Στυδιεσ, 1992. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 45 Συλφατε Αεροσολ ανδ Χλιµατιχ Χηανγε Industrial emissions of sulfur form particles that may be reflecting solar radiation back into space, thereby masking the greenhouse effect over some parts of the earth βψ Ροβερτ ϑ. Χηαρλσον ανδ Τοµ Μ. Λ. Ωιγλεψ Τ ηε γρεενηουσε ε⇑εχτ ισ α γεο− πηψσιχαλ φαχτ οφ λιφε. Ατµοσπηεριχ γασεσ συχη ασ χαρβον διοξιδε ανδ µετηανε τραπ ανδ ηολδ ηεατ, εναβλινγ τηε εαρτη∏σ βιοτα το συρϖιϖε. Συχη γασεσ ωαρµ τηε συρφαχε οφ τηισ πλανετ βψ αβουτ 33 δεγρεεσ Χελσιυσ, φροµ βελοω φρεεζινγ το α χυρρεντ αϖεραγε οφ αβουτ 17 δεγρεεσ Χ. Μοδελσ ανδ αναλψσεσ οφ γλοβαλ ωαρµινγ γενεραλλψ αγρεε τηατ µοστ οφ τηε λονγ−λιϖεδ γασεσ τηατ ηυ− µαν εχονοµιχ αχτιϖιτψ αδδσ το τηε ατ− µοσπηερε µακε τηε εαρτη ωαρµερ τηαν ιτ ωουλδ οτηερωισε βε. Ψετ δισχρεπαν− χιεσ βετωεεν τηεορψ ανδ οβσερϖατιον περσιστ. Τηε πρεδιχτεδ ωαρµινγ βασεδ ον ρεχεντ ινχρεασεσ ιν χονχεντρατιονσ οφ γρεενηουσε γασεσ ισ σλιγητλψ µορε τηαν τηε οβσερϖεδ ωαρµινγ οφ τηε ατ− µοσπηερε. Ιν αδδιτιον, τηε ωαρµινγ τρενδ ιν Νορτη Αµεριχα δοεσ νοτ απ− πεαρ το φολλοω τηε γλοβαλ παττερν. Ωηατ µιγητ αχχουντ φορ τηεσε ανδ οτηερ δε− ϖιατιονσ οφ φαχτ φροµ τηεορψ? Τηε ανσωερ ισ ιρονιχ. Ιν αλλ προβαβιλι− τψ, αεροσολσ πριµαριλψ χοµποσεδ οφ συλ− φατεσ, τηεµσελϖεσ τηε ρεσυλτ οφ χοµµερ− χιαλ αχτιϖιτψ, ενηανχε τηε αβιλιτψ οφ τηε ατµοσπηερε το ρε⇓εχτ συνλιγητ βαχκ ιντο σπαχε βεφορε ιτ χαν ρεαχη τηε πλανετ∏σ συρφαχε ανδ παρτιχιπατε ιν τηε ωαρµινγ προχεσσ. Τηε συλφατε παρτιχλεσ, αβουτ 0.1 το ονε µιχρον ιν διαµετερ, αρε παρ− τιχυλαρλψ χονχεντρατεδ οϖερ τηε ινδυσ− τριαλ αρεασ οφ τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε. Τηειρ ρολεσ ασ χοντριβυτορσ το αχιδ ραιν, ασ ιρριταντσ ανδ ασ οβσχυρερσ οφ συχη σπλενδιδ ϖιστασ ασ τηε Γρανδ Χανψον ηαϖε βεεν κνοων φορ ψεαρσ. Βυτ τηειρ χαπαχιτψ το χοολ βψ σχαττερινγ συνλιγητ ηασ βεχοµε α ρεχογνιζεδ φορχε ιν χλι− µατιχ χηανγε ονλψ ρεχεντλψ. Χλεαρλψ, βοτη τηε χοολινγ ε⇑εχτσ οφ αεροσολσ ανδ τηε ωαρµινγ χαυσεδ βψ γρεενηουσε γασεσ µυστ βε τακεν ιντο αχχουντ ιφ ωε αρε το ατταιν αχχυρατε χλιµατε µοδελσ ανδ εφ− φεχτιϖε ινδυστριαλ πολιχιεσ. Ιν τηεορψ, ινδυστριαλ αεροσολσ αρε νοτ τηε ονλψ παρτιχλεσ τηατ χαν χοντριβυτε το χοολινγ. Σεϖεραλ κινδσ οφ αεροσολσ εξιστ 1. The main source of sulfur dioxide is industry. Marine phytoplankton also contributes sulfur in the form of dimethyl sulfide, which reacts with chemicals in the air to form sulfur dioxide. Precipitation and the circulation of air remove about half the sulfur dioxide. 2. In the clear-sky process the sulfur dioxide forms sulfate aerosol directly via chemical reactions with compounds in the atmosphere. 3. In the cloud process the sulfur dioxide is oxidized by hydrogen peroxide in cloud droplets. Sulfuric acid in solution forms. The droplets evaporate, leaving behind sulfate particles. CLOUD DROPLETS GREENHOUSE EFFECT PHYTOPLANKTON ΣΥΛΦΥΡ ΦΡΟΜ ΙΝ∆ΥΣΤΡΨ ανδ, το α λεσσ− ερ εξτεντ, πηψτοπλανκτον εξερτσ µανψ ενϖιρονµενταλ ινφλυενχεσ. Ιτ χοολσ τηε εαρτη βψ φορµινγ µινυτε παρτιχλεσ τηατ σχαττερ συνλιγητ βαχκ ιντο σπαχε, οφφσετ− τινγ τηε γρεενηουσε εφφεχτ ιν παρτ. Συλ− φατε χοµπουνδσ αλσο ηελπ το χαυσε ηαζι− νεσσ, αχιδ ραιν ανδ οζονε δεπλετιον. 48 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 4. Residing mostly in the lower troposphere, sulfate aerosol directly cools the earth by reflecting sunlight. The particles may also act as seeds for cloud condensation and increase the reflectivity, or albedo, of clouds. 5. When injected into the stratosphere by large volcanic eruptions, the sulfate compounds can help destroy the ozone layer. 6. The sulfate particles acidify rainwater, damaging lakes and plant life. ULTRAVIOLET RADIATION OZONE DEPLETION 5 INCREASED CLOUD REFLECTIVITY SULFATE HAZE 3 4 EVAPORATING DROPLET 2 SULFUR DIOXIDE INDUSTRIAL EMISSIONS 1 WASHOUT BY RAIN 6 DAMAGE BY ACID RAIN Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΧΛΙΜΑΤΙΧ ΦΟΡΧΙΝΓ βψ ηυµαν αχτιϖιτψ ισ εϖιδεντ ιν χαλχυλα− τιονσ οφ γλοβαλ ηεατ γαιν δυρινγ τηε Νορτηερν συµµερ. Εϖερψ ϑυλψ γρεενηουσε γασεσ ωαρµ τηε εαρτη βψ αβουτ 2.2 ωαττσ περ σθυαρε µετερ (λεφτ ); τηε εφφεχτ ισ µοστ προνουνχεδ οϖερ τηε νατυραλλψ. Τηεψ δο νοτ, ηοωεϖερ, σεεµ το βε µαϕορ φαχτορσ χαυσινγ χηανγε. Νατυραλ αεροσολσ∇µοστλψ χοντινενταλ δυστ, σεα σαλτ ανδ µαρινε συλφατε χοµ− πουνδσ∇ηαϖε προβαβλψ ρεµαινεδ ρουγηλψ χονσταντ ιν τηειρ χονχεντρα− τιον, διστριβυτιον ανδ προπερτιεσ φορ ατ λεαστ α χεντυρψ. Τηυσ, τηεψ ωουλδ νοτ ηαϖε χοντριβυτεδ το ανψ οβσερϖαβλε αλ− τερατιονσ ιν χλιµατε. ςολχανιχ αεροσολσ ηαϖε προβαβλψ νοτ αδδεδ το λονγ−τερµ ε⇑εχτσ. Τηε χοολινγ τρενδσ πρεχιπιτατεδ βψ τηε γιγαντιχ ερυπτιονσ οφ Ταµβορα ιν 1815, Κρακατοα ιν 1883 ανδ Πινα− τυβο ιν 1991 λαστεδ ονλψ α φεω ψεαρσ. ωαρµ αρεασ οφ τηε συβτροπιχσ. Ωηεν τηε χοολινγ βψ συλφατε αεροσολ ισ ινχλυδεδ, ηοωεϖερ, τηε φορχινγ δροπσ το αβουτ 1.7 ωαττσ περ σθυαρε µετερ (ριγητ ). Ιν φαχτ, τηε χοολινγ δοµινατεσ οϖερ ινδυστριαλ ρεγιονσ ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε. Ιν σταρκ χοντραστ, µαν−µαδε αεροσολ χοµπουνδσ ιν τηε ατµοσπηερε ηαϖε ιν− χρεασεδ δραµατιχαλλψ, πριµαριλψ δυρινγ τηε χουρσε οφ ινδυστριαλιζατιον ανδ µοστ ραπιδλψ σινχε αβουτ 1950. Οφ αλλ τηε παρτιχυλατε πολλυταντσ ηυµανσ χρε− ατε, χλιµατολογιστσ ηαϖε τηυσ φαρ φο− χυσεδ µυχη οφ τηειρ αττεντιον ον συλ− φατε χοµπουνδσ. Τηατ ισ βεχαυσε α λαργε βοδψ οφ δατα, γατηερεδ ιν στυδιεσ οφ αχιδ ραιν, µακεσ συλφατεσ τηε βεστ− υνδερστοοδ αεροσολ. Οτηερ αεροσολ συβ− στανχεσ∇σοοτ φροµ οιλ χοµβυστιον, σοιλ δυστ φροµ δεσερτι⇒χατιον ανδ σµοκε φροµ σλαση−ανδ−βυρν αγριχυλτυρε∇µαψ ΡΟΒΕΡΤ ϑ. ΧΗΑΡΛΣΟΝ ανδ ΤΟΜ Μ. Λ. ΩΙΓΛΕΨ ηαϖε χοµβινεδ τηειρ ρεσπεχτιϖε εξπερ− τισε ιν ατµοσπηεριχ χηεµιστρψ ανδ τηε ιντερπρετατιον οφ τεµπερατυρε ρεχορδσ το στυδψ ηοω συλφατε αεροσολ α⇑εχτσ τηε εαρτη. Χηαρλσον ισ προφεσσορ οφ ατµοσπηεριχ σχιενχεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωασηινγτον, ωηερε ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. Ηε εαρνεδ Β.Σ. ανδ Μ.Σ. δε− γρεεσ ιν χηεµιστρψ ατ Στανφορδ Υνιϖερσιτψ. Ηε ηολδσ σιξ πατεντσ ον ινστρυµεντσ φορ ατ− µοσπηεριχ µεασυρεµεντσ ανδ ηασ σερϖεδ ον νυµερουσ χοµµιττεεσ οφ τηε Νατιοναλ Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ. Ωιγλεψ, τηε φορµερ διρεχτορ οφ τηε Χλιµατιχ Ρεσεαρχη Υνιτ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Εαστ Ανγλια ιν Νορωιχη, Ενγλανδ, νοω ηεαδσ τηε Οφφιχε φορ Ιντερδισχιπλιναρψ Εαρτη Στυδιεσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ Χορπορατιον φορ Ατµοσπηεριχ Ρεσεαρχη ( ΥΧΑΡ ) ιν Βουλ− δερ, Χολο. Ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αδελαιδε ιν Αυστραλια. 50 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ηαϖε αν ιµπαχτ αππροαχηινγ τηε µαγ− νιτυδε οφ τηατ χαυσεδ βψ ινδυστριαλ συλ− φυρ. Λιµιτεδ ρεσεαρχη ⇒νδινγσ, ηοωεϖ− ερ, ρενδερ τηε υνχερταιντιεσ ιν χαλχυλατ− ινγ τηοσε ε⇑εχτσ µυχη γρεατερ. Ασ ονε µιγητ εξπεχτ φορ χοµπλεξ σψστεµσ συχη ασ τηε χλιµατε, δετερµιν− ινγ τηε αµουντ οφ χοολινγ βψ συλφατε αεροσολ ισ νοτ α στραιγητφορωαρδ τασκ. Μανψ ϖαριαβλεσ χοµπλιχατε τηε ε⇑ορτ∇ αµονγ τηεµ, τηε αµουντ οφ συλφυρ ιν τηε ατµοσπηερε, ιτσ διστριβυτιον οϖερ τηε γλοβε, τηε µεχηανισµ οφ αεροσολ φορµατιον, τηε δεγρεε οφ ρε⇓εχτιϖιτψ οφ τηε παρτιχλεσ ανδ τηειρ ε⇑εχτ ον χλουδσ. Αν αχχυρατε πρεδιχτιον αλσο δεπενδσ ον µακινγ χορρεχτ ασσυµπτιονσ. Σοµε εαρλψ στυδιεσ εξπλορινγ τηε ρολε οφ αερο− σολσ ον χλιµατε διδ νοτ δο σο. Φορ εξ− αµπλε, ονε χοµµον ανδ υνσυβσταντι− ατεδ συπποσιτιον ωασ τηατ µοστ οφ τηε ηαζε ουτσιδε χιτιεσ ωασ α νατυραλ βαχκ− γρουνδ αεροσολ. Ανοτηερ εαρλψ, ιµπλιχιτ ασσυµπτιον ωασ τηατ προχεσσεσ ατ τηε εαρτη∏σ συρ− φαχε µακε µοστ αεροσολ παρτιχλεσ. Βυτ τηατ χονχλυσιον ισ ϖαλιδ φορ ονλψ τωο κινδσ οφ αεροσολσ: τηοσε ιντροδυχεδ ιντο Copyright 1994 Scientific American, Inc. –1 0 1 2 3 AVERAGE HEAT GAIN, JULY 1993 (WATTS PER SQUARE METER) τηε ατµοσπηερε βψ ωινδ (συχη ασ σεα σαλτ ανδ σοιλ δυστ) ανδ τηοσε αρισινγ δι− ρεχτλψ φροµ χοµβυστιον ( φορ εξαµπλε, ινδυστριαλ σµοκε ορ σµοκε παρτιχλεσ φροµ φορεστ ανδ γρασσ ⇒ρεσ). Στυδιεσ δυρινγ τηε παστ δεχαδε ινδιχατε τηατ µοστ συλφατε αεροσολ οριγινατεσ φροµ χηεµιχαλ ρεαχτιονσ οφ συλφυρ γασεσ δισ− χηαργεδ ιντο τηε αιρ. Τηεσε ρεαχτιονσ τακε πλαχε ιν τηε τροποσπηερε, τηατ παρτ οφ τηε ατµοσπηερε εξτενδινγ φροµ τηε συρφαχε οφ τηε εαρτη το αν αλτιτυδε οφ αβουτ 10 κιλοµετερσ. Το χαλχυλατε τηε ινχρεασεσ οφ συλφυρ ιν τηε τροποσπηερε, χλιµατολογιστσ ρελψ ον ινδυστριαλ εµισσιον ρατεσ. Τηεσε ρατεσ αχτ ασ εξχελλεντ γυιδεσ φορ εστιµατινγ χηανγεσ ιν τηε αϖεραγε χονχεντρατιον οφ ατµοσπηεριχ συλφατε αεροσολ οϖερ τιµε. Συλφυρ γασεσ ανδ τηε συλφατε τηεψ µακε λαστ ονλψ α φεω δαψσ ιν τηε τροπο− σπηερε, σο τηατ τηε αϖεραγε χονχεντρα− τιον ιν τηε ατµοσπηερε ισ διρεχτλψ προ− πορτιοναλ το τηε προδυχτ οφ τηε εµισσιον ρατε ανδ τηε λιφετιµε οφ τηε συβστανχεσ. Χονσεθυεντλψ, τηε πριµαρψ εφφεχτσ µυστ µιρρορ τηε γεογραπηιχ διστριβυ− τιον οφ τηε σουρχεσ οφ συλφυρ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Μορε τηαν τωο τηιρδσ οφ τηε τροπο− σπηερε∏σ συππλψ οφ συλφυρ γασεσ, µοστλψ εµιττεδ ιν τηε φορµ οφ συλφυρ διοξιδε ( ΣΟ2 ), ισ µαν−µαδε. Αβουτ 90 περχεντ οφ τηατ αµουντ αρισεσ ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε. Τηερε ηυµαν αχτιϖιτψ ιν− ϕεχτσ αβουτ ⇒ϖε τιµεσ τηε αµουντ οφ συλφυρ γασεσ εµιττεδ νατυραλλψ. Ιν τηε Σουτηερν Ηεµισπηερε, µαν−µαδε εµισ− σιονσ χυρρεντλψ εθυαλ ονλψ αβουτ ονε τηιρδ οφ νατυραλ εµισσιονσ. Τηε µαιν νατυραλ χαρριερ οφ ρεαχτιϖε συλφυρ ισ δι− µετηψλ συλ⇒δε ((ΧΗ3 ) 2Σ ), ορ ∆ΜΣ, ωηιχη οριγινατεσ φροµ µαρινε πηψτοπλανκτον. Ιν τηε αβσενχε οφ αντηροπογενιχ σουρχ− εσ, ∆ΜΣ ισ τηουγητ το βε τηε δοµιναντ σουρχε οφ συβµιχρον παρτιχλεσ. Α σµαλλ αµουντ οφ συλφυρ (ασ ηψδρογεν συλ⇒δε ορ συλφυρ διοξιδε, ορ βοτη) χοµεσ φροµ ϖολχανοεσ ανδ φροµ σωαµπσ ανδ βογσ. Τηε συλφυρ διοξιδε γενεραλλψ ρεµαινσ ιν τηε ηεµισπηερε ιν ωηιχη ιτ ωασ προ− δυχεδ. Τηε τηερµαλ ανδ χηεµιχαλ µιξ− ινγ οφ τηε τωο ηαλϖεσ οφ τηε εαρτη∏σ ατ− µοσπηερε ρεθυιρεσ αβουτ α ψεαρ∇φαρ λονγερ τηαν τηε αϖεραγε λιφετιµε οφ συλ− φυρ διοξιδε ορ τηε συλφατε αεροσολ ιτ προδυχεσ. Αλτηουγη τηε ηεµισπηερεσ αρε εσσεντιαλλψ δεχουπλεδ ρεγιονσ ασ φαρ ασ αεροσολ διστριβυτιονσ αρε χονχερνεδ, τηε αεροσολσ ιν τηε Νορτηερν Ηεµι− σπηερε µαψ νονετηελεσσ ιν⇓υενχε τηε χλιµατε ωορλδωιδε, ϕυστ ασ ρεγιοναλ χλουδ χοϖερ χοντρολσ τηε αϖεραγε αλβε− δο, ορ ρε⇓εχτιϖιτψ, οφ τηε εαρτη. Αβουτ ηαλφ τηε αµουντ οφ συλφυρ γασ− εσ ισ λοστ διρεχτλψ φροµ τηε ατµοσπηερε; ιτ ισ ειτηερ ωασηεδ ουτ βψ ραιν ορ ρεαχτσ χηεµιχαλλψ ωιτη πλαντσ, σοιλ ορ σεαωα− τερ. Τηε ρεµαινδερ γοεσ ον το οξιδιζε ωιτη χοµπουνδσ ιν τηε τροποσπηερε ανδ ηενχε το προδυχε αεροσολ παρτιχλεσ. Ινδεεδ, αλµοστ αλλ τψπεσ οφ συλφυρ−χον− ταινινγ γασεσ αρε χηεµιχαλλψ ρεαχτιϖε ιν τηε πρεσενχε οφ οξιδιζινγ αγεντσ. Τηε µοστ ιµπορταντ συχη αγεντ ισ τηε ηψ− δροξψλ ( ΟΗ ) ραδιχαλ. Τ ηε ρεαχτιονσ τηατ χρεατε συλφατε αεροσολ χαν λοοσελψ βε διϖιδεδ ιντο χλεαρ−σκψ ανδ ιν−χλουδ προ− χεσσεσ. Ιν χλεαρ−σκψ προχεσσεσ, συλφυρ διοξιδε ανδ ∆ΜΣ ιν τηε πρεσενχε οφ ωα− τερ ϖαπορ ρεαχτ ϖια α χοµπλεξ σεριεσ οφ στεπσ το προδυχε γασεουσ συλφυριχ αχιδ ( Η 2ΣΟ 4 ). Τηε χοµπουνδ φορµσ παρτι− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 51 χλεσ α φραχτιον οφ α µιχρον ιν σιζε. Ιτ δοεσ σο βψ χονδενσινγ ον εξιστινγ παρ− τιχλεσ ορ βψ ιντεραχτινγ ωιτη ωατερ ϖα− πορ ορ οτηερ συλφυριχ αχιδ µολεχυλεσ. Τηισ τρανσφορµατιον ισ χαλλεδ γασ−το− παρτιχλε χονϖερσιον. Τηε συλφυριχ αχιδ τηεν ρεαχτσ ωιτη µινυτε θυαντιτιεσ οφ αµµονια το φορµ ϖαρψινγ ηψδρατεδ φορµσ οφ αµµονιυµ συλφατε (( ΝΗ 4 ) 2 ΣΟ 4 ) σαλτσ. Ιν αδδιτιον, ∆ΜΣ χαν ρεαχτ το φορµ ανοτηερ χονδενσαβλε σπεχιεσ, µετηανε συλφονιχ αχιδ ( ΧΗ 3 ΣΟ3 Η ), ορ ΜΣΑ. Αλτηουγη ΜΣΑ ισ αν ιµπορταντ ατ− µοσπηεριχ χονστιτυεντ ανδ τραχερ χοµ− πουνδ ( ιτ ηασ βεεν µεασυρεδ ιν φοσσιλ φορµ ιν ιχε χορεσ), τηε λατεστ ρεσεαρχη ινδιχατεσ τηατ ιτσ αεροσολ ηασ ονλψ α σµαλλ ιµπαχτ. Συλφατε αεροσολ ισ αλσο προδυχεδ ιν χλουδσ. Τηισ πατηωαψ βεγινσ ωηεν συλ− φυρ διοξιδε δισσολϖεσ ιντο εξιστινγ χλουδ δροπλετσ. Τηερε ιτ µαψ βε οξιδιζεδ βψ τηε σµαλλ χονχεντρατιονσ οφ αθυεουσ ηψδρογεν περοξιδε ( Η 2 Ο 2 ) τηατ φορµ ωηεν τωο ηψδροξψλ µολεχυλεσ χοµβινε. Τηε οξιδατιον ρεαχτιον τηεν φορµσ συλ− φυριχ αχιδ ανδ ιτσ αµµονιυµ σαλτσ ιν σολυτιον. Ιν τηε δροπλετ τηε αχιδ συλφατε εξιστσ ασ α στρονγλψ ηψδρατεδ φορµ, ιν ωηιχη ωατερ µολεχυλεσ αρε βονδεδ το τηε συλφατε. Εϖαπορατιον ρεµοϖεσ σοµε οφ τηε µοιστυρε. Βεχαυσε τηε συλφατεσ χλινγ το ωατερ, τηε προδυχτ οφ εϖαπορα− τιον ισ α ηιγηλψ χονχεντρατεδ συλφατε σο− λυτιον. Τηε ρεσυλτ ισ α συβµιχρον αερο− σολ δροπλετ τηατ ισ χηεµιχαλλψ ινδιστιν− γυισηαβλε φροµ τηε αεροσολ προδυχεδ βψ γασ−το−παρτιχλε χονϖερσιον. Τηε στρονγ χηεµιχαλ α⇔νιτψ τηατ συλ− φυριχ αχιδ ανδ ιτσ αµµονιυµ σαλτσ ηαϖε φορ ωατερ ισ ηιγηλψ σιγνι⇒χαντ ιν τερµσ οφ τηε αεροσολ∏σ αβιλιτψ το σχαττερ λιγητ. Ωηεν τηε τινψ σολυτιον δροπλετσ µιξ ωιτη ηυµιδ αιρ (συχη ασ οϖερ µοιστ λανδ ορ οχεανσ), τηεψ αβσορβ µοιστυρε ανδ γροω. Λαργερ παρτιχλεσ σχαττερ µορε ϖισ− Συλφυρ, Αχιδ Ραιν ανδ τηε Οζονε Λαψερ Σ ulfur compounds in the air do more than just cool the earth. Investigators have known for many years that sulfur contributes to the acidity of rainwater and to the depletion of ozone in the stratosphere. Acid rain comes about in large part because of the oxidation of sulfur dioxide in the atmosphere. The oxidation process forms sulfuric acid, which creates aerosol particles. In the troposphere, these submicron-size particles attract water. Hence, they can act as nuclei for cloud condensation when the relative humidity exceeds 100 percent. The cloud droplets incorporate the acidic ingredient, which will be deposited on the earth’s surface as rain or snow. Industrial acidity can spread over perhaps 1,000 kilometers (about 600 miles) from its source before the particles precipitate out. Sulfate particles help to deplete ozone when they reside in the stratosphere, that part of the atmosphere above the troposphere. Deposited there primarily by enormous volcanic eruptions, the sulfur particles can provide surfaces on which ozone-destroying compounds act [see “Polar Stratospheric Clouds and Ozone Depletion,” by Owen B. Toon and Richard P. Turco; SCIENTIFIC AMERICAN, June 1991]. Ironically, the effects of ozone depletion in the stratosphere are countered to some degree by sulfate aerosol in the lower atmosphere. The aerosol there reduces the amount of solar ultraviolet radiation that reaches the ground and offsets some of the increases expected from stratospheric ozone loss ( but of course ΒΡΟΝΖΕ ΜΕΜΟΡΙΑΛ ιν Γεττψσβυργ Νατιοναλ only in those areas where sulfate particles abound). Μιλιταρψ Παρκ σηοωσ δισχολορινγ βψ αχιδ ραιν. 52 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ιβλε λιγητ, τηυσ εξπλαινινγ τηε ινχρεασε ιν ηαζε ωηεν ηυµιδιτψ ισ ηιγη. Ατ α ρελ− ατιϖε ηυµιδιτψ οφ 80 περχεντ (τηε γλοβαλ αϖεραγε ϖαλυε φορ αιρ νεαρ τηε γρουνδ ), α γιϖεν αµουντ οφ συλφατε προδυχεσ αβουτ τωιχε ασ µυχη αππαρεντ ηαζινεσσ ασ ιτ δοεσ δυρινγ α λοω−ηυµιδιτψ δαψ. Ονχε φορµεδ τηρουγη χηεµιχαλ ρεαχ− τιονσ, τηε συλφατε παρτιχλεσ ιν τηε τροπο− σπηερε χαν χοολ τηε χλιµατε ιν τωο ωαψσ: ειτηερ διρεχτλψ, υνδερ χλεαρ σκιεσ, βψ ρε⇓εχτινγ αωαψ σοµε ινχοµινγ σολαρ ραδιατιον, ορ ινδιρεχτλψ, βψ ινχρεασινγ τηε ρε⇓εχτιϖιτψ οφ χλουδσ. Ιν τηε διρεχτ, ορ χλεαρ−σκψ, ε⇑εχτ τηε συλφατε αεροσολ παρτιχλεσ σχαττερ συν− λιγητ ουτ οφ τηε ατµοσπηερε ανδ ιντο σπαχε; ασ α ρεσυλτ, λεσσ σολαρ ραδιατιον ρεαχηεσ τηε γρουνδ. Τηερε αρε τωο ωαψσ το εστιµατε τηε φραχτιον οφ ινχοµινγ ενεργψ λοστ το σπαχε. Ονε τεχηνιθυε ισ το χονδυχτ δεταιλεδ οπτιχαλ χαλχυλατιονσ βασεδ ον παρτιχλε σιζεσ ανδ ρεφραχτιϖε ινδιχεσ. Αν αλτερνατιϖε ανδ χυρρεντλψ µορε ρελιαβλε αππροξιµατιον ισ σιµπλψ το µακε υσε οφ τηε οβσερϖεδ χορρελα− τιον βετωεεν τηε αµουντ οφ αεροσολ ιν τηε ατµοσπηερε ανδ τηε ενεργψ λοσσ χαυσεδ βψ σχαττερινγ [σεε βοξ ον παγε 57 ]. Τηεσε αναλψσεσ ινδιχατε τηατ ατ το− δαψ∏σ λεϖελσ µαν−µαδε συλφατε σχαττερσ αβουτ 3 περχεντ οφ τηε διρεχτ σολαρ βεαµ. Αβουτ 15 το 20 περχεντ οφ τηισ αµουντ γοεσ βαχκ ιντο σπαχε, φορ α το− ταλ λοσσ οφ αβουτ 0.5 περχεντ. Τηε αϖερ− αγε ρεδυχτιον οφ συνλιγητ, ηοωεϖερ, ισ αχτυαλλψ αβουτ ηαλφ τηισ αµουντ, βε− χαυσε χλουδσ χοϖερ αβουτ ηαλφ τηε εαρτη ατ ανψ γιϖεν τιµε. Ον τηε γρουνδ, τηε δεπριϖατιον οφ συνλιγητ ισ χαλχυλατεδ το βε ρουγηλψ αβουτ 0.2 το 0.3 περχεντ. Ι σ τηισ λοσσ ατ αλλ σιγνι⇒χαντ? Τηε σολαρ ραδιατιον ρεαχηινγ τηε λαψερ οφ συλφατε ηαζε νεαρ τηε γρουνδ αµουντσ το ρουγηλψ 200 ωαττσ περ σθυαρε µετερ, σο τηε ιµπλιεδ λοσσ αµουντσ το αβουτ 0.4 το 0.6 ωαττ περ σθυαρε µετερ. Βεχαυσε τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε χονταινσ µορε αεροσολσ, τηε αϖεραγε φορχινγ τηερε µυστ βε γρεατερ, προβαβλψ αρουνδ ονε ωαττ περ σθυαρε µετερ. ( Χλιµατολογιστσ υσε τηε τερµ φορχινγ το ρεφερ το τηε ε⇑εχτ οφ φαχτορσ εξτερναλ το τηε ατµοσπηερε ανδ οχεανσ ον τηε χηανγεσ ιν τηε πλανεταρψ ενεργψ βαλανχε.) Συχη α λοσσ οφ ινχοµινγ ενεργψ µαψ σεεµ σµαλλ, βυτ ιτ ισ νοτ ινχονσεθυεν− τιαλ. Τηε πρεσεντ−δαψ ινχρεασεσ οφ χαρ− βον διοξιδε ρεσυλτινγ φροµ ηυµαν αχ− τιϖιτψ αµουντ το α γαιν οφ 1.5 ωαττσ περ σθυαρε µετερ ιν τηε πλανετ∏σ ηεατ βαλ− ανχε. ( Ωηεν οτηερ γρεενηουσε γασεσ συχη ασ µετηανε ανδ νιτρουσ οξιδε αρε χονσιδερεδ, τηε ινχρεασε ισ αβουτ τωο το 2.5 ωαττσ περ σθυαρε µετερ.) Ηενχε, τηε χοολινγ χαυσεδ βψ συλφατε αεροσολ ισ Copyright 1994 Scientific American, Inc. χοµπαραβλε ιν µαγνιτυδε το τηε ηεατ− ινγ χαυσεδ βψ χαρβον διοξιδε, ατ λεαστ ιν τηε πατχηεσ οφ ηαζε χονχεντρατεδ οϖερ ινδυστριαλ ρεγιονσ. Νεεδλεσσ το σαψ, τηεσε χαλχυλατιονσ αρε χρυδε. Το θυαντιφψ µορε πρεχισελψ τηε αεροσολ ε⇑εχτ ανδ το δεσχριβε ιτσ γεογραπηιχ διστριβυτιον, ρεσεαρχηερσ ατ Στοχκηολµ Υνιϖερσιτψ ανδ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Ωασηινγτον υσεδ α µετεορολογιχ µοδελ δεϖελοπεδ ατ τηε Μαξ Πλανχκ Ιν− στιτυτε φορ Χηεµιστρψ ιν Μαινζ. Τηε δε− σχριπτιον, ωηιχη δεταιλσ τηε χηεµιχαλ προδυχτιον ανδ ωινδ−δριϖεν τρανσπορτ οφ παρτιχλεσ γενερατεδ φροµ αντηροπο− γενιχ συλφυρ διοξιδε, εναβλεδ τηε ωορκ− ερσ το προδυχε α µαπ οφ τηε χηανγε ιν ηεατ βαλανχε χαυσεδ ονλψ βψ τηε διρεχτ ε⇑εχτ οφ αντηροπογενιχ συλφατε. Τηισ µοδελ σηοωεδ τηρεε λαργε µασσεσ οφ ηαζε ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε. Ονε µασσ, οϖερ τηε εαστερν Υ.Σ., χρεατεσ λοσσεσ οφ σολαρ ραδιατιον οφ µορε τηαν τωο ωαττσ περ σθυαρε µετερ. Τηε τωο οτηερσ, οϖερ Ευροπε ανδ τηε Μιδδλε Εαστ, ρε⇓εχτ υπ το φουρ ωαττσ περ σθυαρε µετερ. Τηε αϖεραγε οϖερ τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε, βασεδ ον συλφυρ διοξιδε εµισσιονσ ρεχορδεδ ιν 1980, ισ 1.1 ωαττσ περ σθυαρε µετερ, ηαππιλψ χλοσε το τηε χρυδε χαλχυλατιον αβοϖε. Τηε σεχονδ, ινδιρεχτ ωαψ συλφατε αερο− σολ χοολσ τηε εαρτη ισ βψ ιν⇓υενχινγ τηε αλβεδο οφ χλουδσ. Ωηεν ιν χλουδσ, σοµε οφ τηε συλφατε παρτιχλεσ αχτ ασ νυχλει φορ χονδενσατιον. Τηε δενσιτψ οφ χλουδ− χονδενσατιον νυχλει δετερµινεσ τηε νυµβερ ανδ τηε σιζε οφ χλουδ δροπλετσ. Φορ α γιϖεν αµουντ οφ χονδενσεδ ωα− τερ, τηε νυµβερ δενσιτψ ιν τυρν α⇑εχτσ τηε αλβεδο οφ τηε χλουδ. Α 30 περχεντ ρισε ιν χλουδ αλβεδο ονλψ οϖερ τηε ωορλδ∏σ οχεανσ ωουλδ βε συ⇔χιεντ το χουντεραχτ τηε αϖεραγε ωαρµινγ βψ αν− τηροπογενιχ χαρβον διοξιδε ινχρεασεσ δυρινγ τηισ χεντυρψ. Υνφορτυνατελψ, τηισ ινδιρεχτ ε⇑εχτ οφ τηε συλφατε παρτιχλεσ ηασ τηυσ φαρ ρεσιστ− εδ ρελιαβλε θυαντι⇒χατιον. Αλτηουγη οβ− σερϖατιονσ σηοω τηατ χλουδ−χονδενσα− τιον νυχλει αρε γρεατλψ ενηανχεδ οϖερ ινδυστριαλ ρεγιονσ, ινϖεστιγατορσ δο νοτ κνοω ηοω δι⇑ερενχεσ ιν τηε νυµβερ οφ νυχλει ρελατε το τηε χηανγεσ ιν τηε αµουντ ορ µασσ οφ αντηροπογενιχ αερο− σολσ. Ασ α ρεσυλτ, εστιµατινγ τηε µαγνι− τυδε οφ τηε ινδιρεχτ αεροσολ φορχινγ ισ νοτ ψετ ποσσιβλε. Σατελλιτε οβσερϖατιονσ συγγεστ τηατ τηε ε⇑εχτ ισ νοτ ηυγε, αλ− τηουγη τηεορετιχαλ αναλψσεσ περµιτ ιτ το βε χοµπαραβλε το διρεχτ φορχινγ. Ιν ϖιεω οφ τηε φαχτ τηατ τηε αβιλιτψ το µοδελ χοµπλετελψ τηε µετεορολογιχ εφ− φεχτσ οφ αεροσολσ ισ λιµιτεδ, ονε µαψ ωονδερ ωηετηερ αεροσολ χοολινγ ισ ρεαλ. Ιν παρτιχυλαρ, ονε µαψ ασκ ωηετηερ τηε αεροσολ χοολινγ ισ εϖιδεντ ιν τηε οβσερ− ϖατιοναλ ρεχορδ. Τηε µοστ στραιγητφορ− Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΥΛΦΑΤΕ ΑΕΡΟΣΟΛ σαµπλεδ φροµ τηε ατµοσπηερε ωασ πηοτογραπηεδ τηρουγη αν ελεχτρον µιχροσχοπε. Τηε παρτιχλεσ αρε αβουτ 0.1 µιχρον ιν διαµετερ. ωαρδ ωαψ το ανσωερ τηισ θυεστιον ισ το χοµπαρε τηε χηανγεσ ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε ωιτη τηοσε ιν τηε Σουτηερν Ηεµισπηερε. Ασ α ωηολε, τηε γλοβε ηασ ωαρµεδ βψ αβουτ 0.5 δεγρεε Χ δυρινγ τηε παστ 100 ψεαρσ [σεε Γλοβαλ Ωαρµ− ινγ Τρενδσ, βψ Πηιλιπ ∆. ϑονεσ ανδ Τοµ Μ. Λ. Ωιγλεψ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Αυ− γυστ 1990]. Ιφ τηε ενηανχεδ γρεενηουσε ε⇑εχτ (τηατ ισ, τηε αδδιτιοναλ ωαρµινγ χαυσεδ βψ ηυµαν αχτιϖιτψ) ισ τηε σολε µεχηανισµ φορ χλιµατιχ φορχινγ, τηεν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε σηουλδ ωαρµ α βιτ µορε θυιχκλψ τηαν τηε Σουτηερν Ηεµισπηερε. Τηε Σουτηερν Ηεµισπηερε ηολδσ µοστ οφ τηε ωορλδ∏σ οχεανσ ανδ ηενχε ηασ µορε ινερτια ωιτη ρεσπεχτ το τηερµαλ χηανγεσ. Ψ ετ τηε οβσερϖατιονσ σηοω οτηερ− ωισε: σινχε 1940 τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε ηασ ωαρµεδ µορε σλοωλψ. Ιν φαχτ, τηε στρονγ ωαρµινγ τρενδ τηατ οχχυρρεδ εαρλιερ τηισ χεντυρψ ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε χεασεδ αρουνδ 1940 ανδ ωασ νοτ ρενεωεδ υν− τιλ τηε µιδ−1970σ, εϖεν τηουγη ινδυσ− τριαλ εµισσιονσ οφ γρεενηουσε γασεσ χοντινυεδ το ρισε οϖερ τηε εντιρε περι− οδ. Τηισ ρεπριεϖε ιν ωαρµινγ µαψ ηαϖε ρεσυλτεδ φροµ τηε χουντεραχτινγ προπ− ερτιεσ οφ συλφατε αεροσολ, ατ λεαστ το σοµε εξτεντ. Αλτηουγη τηε χηανγεσ βροαδλψ παραλλελ τηε ηψποτηεσιζεδ αεροσολ χοολ− ινγ, τηεψ αρε νοτ ενουγη το προϖε α χαυσαλ ρελατιον. ( Ινδεεδ, τηε λαχκ οφ α µαρκεδ δι⇑ερενχε βετωεεν τηε ωαρµ− ινγ τρενδσ ιν τηε τωο ηεµισπηερεσ τηρουγηουτ τηε 20τη χεντυρψ ιµποσεσ αν υππερ βουνδ ον τηε τοταλ µαγνι− τυδε οφ τηε αεροσολ φορχινγ, ωηιχη ιµ− πλιεσ τηατ τηε χλουδ αλβεδο χοντριβυ− τιον ηασ βεεν σµαλλ.) Ανοτηερ πιεχε οφ χιρχυµσταντιαλ εϖι− δενχε χοµεσ φροµ αν αναλψσισ χονδυχτ− εδ βψ τηε Υνιτεδ Νατιονσ Ιντεργοϖερν− µενταλ Πανελ ον Χλιµατε Χηανγε (ΙΠΧΧ). Ιν 1990 τηε πανελ ποιντεδ ουτ α δισ− χρεπανχψ βετωεεν τηε οβσερϖεδ γλοβαλ µεαν τεµπερατυρε χηανγεσ ανδ τηε πρεδιχτιονσ µαδε βψ χλιµατε µοδελσ. Τηε µοδελσ συγγεστεδ τηατ τηε ωορλδ σηουλδ ηαϖε ωαρµεδ σοµεωηατ φαστερ τηαν τηε ρεχορδ ινδιχατεσ. Συλφατε αερο− σολ µαψ ηελπ εξπλαιν τηε δισχρεπανχψ. Το σεε ωηψ, ωε νεεδ το ιντροδυχε τηε χονχεπτ οφ χλιµατε σενσιτιϖιτψ. Ιν χοµ− πυτερ σιµυλατιονσ οφ τηε χλιµατε, ινϖεσ− τιγατορσ δουβλε τηε ατµοσπηεριχ χαρβον διοξιδε χονχεντρατιον ανδ τηεν αλλοω τηε χλιµατε σψστεµ το αδϕυστ το τηε νεω (ωαρµερ ) στεαδψ στατε. Τηε χηανγε ιν γλοβαλ µεαν τεµπερατυρε ισ α µεασυρε οφ τηε σενσιτιϖιτψ οφ τηε γλοβαλ αϖεραγε τεµπερατυρε το εξτερναλ φορχινγ. Τηε ΙΠΧΧ ηασ γιϖεν α βεστ γυεσσ ϖαλυε οφ 2.5 δεγρεεσ Χ φορ τηισ θυαντιτψ, αλτηουγη τηε σενσιτιϖιτψ µαψ ιν φαχτ ρανγε φροµ 1.5 το 4.5 δεγρεεσ Χ. Ωηεν οβσερϖατιονσ αρε χοµπαρεδ ωιτη τηε ρεσυλτσ φροµ χλι− µατε µοδελσ δεσιγνεδ το εστιµατε σπε− χι⇒χαλλψ τηε τιµε−δεπενδεντ ρεσπονσε το οβσερϖεδ χηανγεσ ιν γρεενηουσε−γασ φορχινγ, τηε ιµπλιεδ χλιµατε σενσιτιϖιτψ ισ φουνδ το βε α λιττλε λεσσ τηαν 1.5 δε− γρεεσ Χ. Ιν οτηερ ωορδσ, τηε εµπιριχαλ εστιµατε οφ τηε χλιµατε σενσιτιϖιτψ γιϖεσ α ϖαλυε µορε τηαν α φυλλ δεγρεε βελοω ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 53 τηε ΙΠΧΧ∏σ βεστ γυεσσ ανδ σλιγητλψ βε− λοω τηε εξπεχτεδ ρανγε. Τηεσε νυµβερσ συγγεστ τηατ τηε χυρ− ρεντ γλοβαλ ωαρµινγ ινδυχεδ βψ γρεεν− ηουσε γασεσ µαψ ηαϖε εξχεεδεδ τηε οβσερϖεδ 0.5 δεγρεε Χ ρισε ανδ βεεν ο⇑σετ βψ σοµε κινδ οφ χοολινγ προχεσσ. Νατυραλ ϖαριαβιλιτψ οφ τηε χλιµατε χουλδ αχχουντ φορ τηε χοολινγ. Αλτερνατιϖελψ, εξτερναλ φαχτορσ µαψ βε ρεσπονσιβλε. Τηε αεροσολ ε⇑εχτ ισ αν οβϖιουσ χανδι− δατε. Ινδεεδ, φαχτορινγ αεροσολ χοολινγ ιντο µοδελσ ψιελδσ α ϖαλυε φορ χλιµατε σενσιτιϖιτψ τηατ ισ α λιττλε αβοϖε τηε ΙΠΧΧ∏σ βεστ γυεσσ βυτ ωελλ ωιτηιν τηε εξπεχτεδ ρανγε. Υνφορτυνατελψ, νονε οφ τηε χονχλυσιονσ ισ συ⇔χιεντλψ χονϖινχ− ινγ το αλλοω υσ το ϕυµπ ουτ οφ τηε βατη− τυβ χρψινγ, Ευρεκα! Αλτηουγη συβϕεχτ το χονσιδεραβλε θυαντιτατιϖε υνχερταιντψ, τηε εϖιδενχε χλεαρλψ ινδιχατεσ τηατ αεροσολσ ηαϖε α σιγνι⇒χαντ ιν⇓υενχε ον τηε χλιµατε, χοµπαραβλε το τηατ προδυχεδ βψ γρεεν− ηουσε γασεσ. Ιν φαχτ, φροµ 1880 το 1970, αεροσολ χοολινγ µαψ µορε ορ λεσσ ηαϖε χανχελεδ ουτ τηε ενηανχεδ γρεενηουσε ε⇑εχτ ιν τηε Νορτηερν Ηεµισπηερε. ( Σινχε 1970 εµισσιονσ οφ γρεενηουσε γασεσ ηαϖε ινχρεασεδ µορε ραπιδλψ τηαν ηαϖε τηοσε οφ αεροσολ παρτιχλεσ.) Τηε χοολινγ χαυσεδ βψ αεροσολσ µαψ εϖεν δοµινατε ιν σοµε αρεασ. Ρεχεντ ωορκ βψ ϑε⇑ρεψ Τ. Κιεηλ ανδ Βρυχε Π. Βριεγλεβ οφ τηε Νατιοναλ Χεντερ φορ Ατµοσπηερ− ιχ Ρεσεαρχη ιν Βουλδερ, Χολο., συγγεστσ τηατ αεροσολσ προδυχε α νετ χοολινγ ιν λοχαλ ρεγιονσ οφ τηε εαστερν Υ.Σ., σουτη χεντραλ Ευροπε ανδ εαστερν Χηινα. Α χρυχιαλ χοµπλιχατιον, ηοωεϖερ, ισ ηιδδεν ιν τηε υσε οφ τηε ωορδσ χανχελ ουτ. Τηε τερµ ισ δεχεπτιϖε. Αεροσολ χοολινγ ανδ τηε γρεενηουσε ε⇑εχτ ηαϖε χηαραχτεριστιχσ τηατ πρεϖεντ τηεµ φροµ νεατλψ ο⇑σεττινγ εαχη οτηερ. Φιρστ, τηε χοολινγ ανδ ωαρµινγ οχχυρ µοστλψ οϖερ δι⇑ερεντ παρτσ οφ τηε ωορλδ. Ασ ωε µεν− τιονεδ, συλφατε χοολινγ ηαππενσ πριµαρ− ιλψ οϖερ ινδυστριαλ ζονεσ ιν τηε Νορτη− ερν Ηεµισπηερε. Αλτηουγη χαρβον διοξ− ιδε σπρεαδσ τηρουγηουτ τηε ατµοσπηερε, γρεενηουσε φορχινγ ισ µορε ποτεντ οϖερ τηε συβτροπιχαλ οχεανσ ανδ δεσερτσ. Βοτη τψπεσ οφ φορχινγ αλσο δι⇑ερ τεµ− ποραλλψ. Τηε ηεατ−τραππινγ προπερτψ οφ χαρβον διοξιδε ϖαριεσ ονλψ µοδερατελψ δυρινγ τηε χουρσε οφ α δαψ ανδ τηρουγη− ουτ τηε ψεαρ. Ιν χοντραστ, τηε αεροσολ ε⇑εχτ ηασ α διστινχτιϖε διυρναλ ανδ σεα− σοναλ χηαραχτερ. Ιτ αχτσ µορε ϖιγορουσλψ ιν τηε συµµερ ανδ, οφ χουρσε, οπερατεσ ονλψ δυρινγ δαψλιγητ ηουρσ. Τηοµασ Ρ. Καρλ οφ τηε Νατιοναλ Χλιµατιχ ∆ατα Χεν− τερ ανδ ηισ χο−ωορκερσ ηαϖε σηοων τηατ τηε Υ.Σ., τηε φορµερ Σοϖιετ Υνιον ανδ Χηινα αλλ ηαϖε δισπλαψεδ ινχρεασεσ ιν αννυαλ αϖεραγε µινιµυµ τεµπερατυρεσ βυτ νο ινχρεασεσ ιν τηε µαξιµυµ τεµ− περατυρεσ. Ιτ ισ ποσσιβλε, τηερεφορε, τηατ αεροσολσ µαψ νοω βε χανχελινγ ουτ γρεενηουσε ωαρµινγ δυρινγ τηε δαψ (ωηεν τεµπερατυρεσ αρε ηιγηεστ) βυτ νοτ ατ νιγητ (ωηεν τεµπερατυρεσ αρε υσυαλλψ λοωεστ). Η ΑΝΤΗΡΟΠΟΓΕΝΙΧ ΣΥΛΦΥΡ ΕΜΙΣΣΙΟΝΣ νοω φαρ ουτστριπ τηοσε φροµ νατυραλ σουρχ− εσ, συχη ασ µαρινε πηψτοπλανκτον. Ιτ ισ εστιµατεδ τηατ ηυµανσ χυρρεντλψ ρελεασε βε− τωεεν 65 βιλλιον το 90 τριλλιον γραµσ, ορ τεραγραµσ, οφ συλφυρ εϖερψ ψεαρ. οω σηουλδ ονε ρεγαρδ τηε εϖι− δενχε γαρνερεδ το δατε φορ αεροσολ χοολινγ? Α γοοδ ωαψ το ϕυδγε ισ το χοµπαρε ιτ ωιτη τηε εν− ηανχεδ γρεενηουσε ε⇑εχτ. Αλτηουγη τηε ΙΠΧΧ ρεχοµµενδσ λαργε−σχαλε χυτσ ιν εµισσιονσ οφ χαρβον διοξιδε, ιτ ηασ νοτ βεεν αβλε το σαψ χονχλυσιϖελψ τηατ χηανγεσ ιν γρεενηουσε−γασ χονχεντρα− τιονσ ηαϖε χαυσεδ τηε οβσερϖεδ γλοβαλ ωαρµινγ. Α δε⇒νιτιϖε ϖερδιχτ ισ δι⇔χυλτ βεχαυσε τηε µαγνιτυδε οφ τηε ε⇑εχτ το δατε ισ ρουγηλψ χοµπαραβλε το τηε νατυ− ραλ ϖαριαβιλιτψ οφ τηε χλιµατε. Ιν οτηερ ωορδσ, τηε σιγναλ ισ αβουτ τηε σαµε στρενγτη ασ τηε βαχκγρουνδ νοισε. Πρεχισελψ τηε σαµε σιτυατιον αππλιεσ το αεροσολ φορχινγ οφ τηε χλιµατε. Χλιµα− τολογιστσ ηαϖε νοτ ψετ φουνδ τηε σµοκ− ινγ γυν τηατ ωουλδ προϖε βεψονδ δουβτ τηε εξιστενχε οφ συλφατε χοολινγ. Ψετ τηε στρονγ τηεορετιχαλ βασισ οφ τηε αεροσολ ε⇑εχτ, τηε χονσιστενχψ οφ τηε δατα ωιτη εξπεχτατιονσ ανδ τηε λαχκ οφ ανψ χουντερεϖιδενχε γιϖε υσ χονσιδερ− αβλε χον⇒δενχε ιν ιτσ ρεαλιτψ. Στιλλ, τωο λαργε αρεασ οφ υνχερταιντψ λιµιτ ουρ πρε− διχτιϖε χαπαβιλιτψ : υνδερστανδινγ τηε φυνδαµενταλ πηψσιχσ οφ γλοβαλ χλιµατιχ χηανγε ανδ φορεχαστινγ τηε λεϖελσ οφ φυ− τυρε εµισσιονσ οφ συλφυρ διοξιδε. Ριγητ νοω τηε εστιµατεδ υνχερταιντψ ιν φορχ− ινγ χαυσεδ βψ τηε βεστ−υνδερστοοδ αν− τηροπογενιχ αεροσολ∇συλφατεσ∇ισ µυχη γρεατερ τηαν τηε υνχερταιντψ ιν φορχινγ χρεατεδ βψ γρεενηουσε γασεσ. Φορ συλ− φατεσ, τηε αµουντ οφ χοολινγ ρανγεσ βψ α φαχτορ οφ τωο; φορ γρεενηουσε γασεσ, τηε δεγρεε οφ ωαρµινγ ισ κνοων το ωιτηιν ρουγηλψ ονε τεντη το ονε ⇒φτη. Νεϖερτηελεσσ, ωε χαν µακε α φεω γεν− εραλ πρεδιχτιονσ. Βεχαυσε αντηροπογεν− ιχ συλφατε αεροσολ ισ χον⇒νεδ φορ τηε µοστ παρτ το σπεχι⇒χ παρτσ οφ τηε Νορτη− ερν Ηεµισπηερε, γρεενηουσε ωαρµινγ σηουλδ προχεεδ ρελατιϖελψ υναβατεδ ιν τηε Σουτηερν Ηεµισπηερε (ανδ ιν µορε ρυραλ παρτσ οφ τηε Νορτηερν Ηεµι− σπηερε). Τηε ΙΠΧΧ φορεχαστ οφ α σεα−λεϖ− ελ ρισε οφ α φεω τενσ οφ χεντιµετερσ οϖερ τηε νεξτ 50 ψεαρσ τηερεφορε ρεµαινσ ρεασοναβλε. Α συβσταντιαλ φραχτιον οφ τηισ ρισε ισ ασσοχιατεδ ωιτη τηε γλοβαλ−σχαλε τηερµαλ εξπανσιον οφ τηε ωαρµινγ ωα− τερ. Οτηερ ρεπερχυσσιονσ αρε σοµεωηατ ηαρδερ το πρεδιχτ, βεχαυσε τηεψ δεπενδ ον τηε ρεγιοναλ δεταιλσ οφ τηε χοµβινεδ αεροσολ ανδ γρεενηουσε φορχινγ. Ρεδυχινγ τηε εµισσιονσ οφ χαρβον διοξιδε ανδ συλφυρ διοξιδε ωουλδ ηαϖε τωο χοντραστινγ ουτχοµεσ. Βεχαυσε τηε 56 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 90 SULFUR EMITTED PER YEAR (TERAGRAMS) 80 70 60 ANTHROPOGENIC SULFUR EMISSIONS 50 40 30 NATURAL LEVELS OF SULFUR (EARTH) 20 NATURAL LEVELS OF SULFUR (NORTHERN HEMISPHERE) 10 1860 1880 1900 1920 YEAR ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 1940 1960 1980 Ηοω Μυχη Λιγητ ∆ο Αεροσολσ Ρεφλεχτ Αωαψ? Α tmospheric sulfate aerosol scatters light in all directions. About 15 to 20 percent of the light is scattered back into space. The backscattering constitutes the direct effect of atmospheric aerosol on incoming radiation. The light-scattering efficiency of aerosol, represented by the Greek letter alpha ( α ), is high, even at low humidity: each gram represents an area of about five square meters. Moisture increases the scattering by making the aerosol expand. At the global average relative humidity, the efficiency doubles, to almost 10 square meters per gram. One can use this value to estimate the magnitude of the direct effect of anthropogenic sulfate. The rate at which light is lost from the solar beam is defined by the scattering coefficient, represented by the Greek letter sigma ( σ, expressed in units of per meter). This value is determined by the amount of aerosol mass, M ( in grams per cubic meter), multiplied by the light-scattering efficiency: σ = α M. When both sides of this equation are integrated over altitude, z, a dimensionless quantity called the aerosol optical depth and represented by the Greek letter delta ( δ ), results: ∞ Z 0 ∞ Z σ dz = δ = α Mdz = α B 0 Here B is the world average burden of anthropogenic sulfate aerosol in a column of air, in grams per cubic meter. The optical depth is then used in the Beer Law (which describes the transmission of light through the entire vertical column of the atmosphere). The law yields I/I o = e –δ, where I is the intensity of transmitted radiation, Io is the incident intensity outside the atmosphere and e is the base of natural logarithms. In the simplest case, where the optical depth is much less than 1, δ is the fraction of light lost from the solar beam because of scattering. The χαρβον χψχλε ανδ τηε χλιµατε σψστεµ αρε σλοω το ρεσπονδ το χηανγεσ, χαρβον διοξιδε∠ινδυχεδ ωαρµινγ ωουλδ χον− τινυε φορ δεχαδεσ. Ιν χοντραστ, ρεδυχεδ συλφυρ διοξιδε εµισσιονσ ωουλδ ραπιδλψ ρεσυλτ ιν α χεσσατιον οφ τηε χοολινγ βε− χαυσε οφ συλφατε αεροσολ∏σ σηορτ ατµο− σπηεριχ λιφετιµε. Τηυσ, τηε ιρονιχ ρεσυλτ οφ χυρταιλινγ φοσσιλ φυελ υσε µαψ ινιτιαλλψ βε α ωαρµινγ, παρτιχυλαρλψ ιν ινδυστριαλ αρεασ. Ο φ χουρσε, µανψ ισσυεσ αβουτ χλι− µατιχ φορχινγ ανδ συλφυρ ρεµαιν οπεν. ∆ο οτηερ σουρχεσ οφ αερο− σολ, συχη ασ εξτενσιϖε βιοµασσ χοµ− βυστιον ιν τηε τροπιχσ, ηαϖε α µορε συβσταντιαλ ιµπαχτ τηαν ηασ χοµµονλψ βεεν ασσυµεδ? Εϖεν µορε ιµπορταντ, ηοω δο µετεορολογιχ προχεσσεσ ρε− σπονδ το φορχινγ τηατ δοεσ νοτ αχτ υνι− φορµλψ οϖερ τηε εαρτη? Ονε µιγητ βε τεµπτεδ το χονχλυδε τηατ τηε υνχερταιντψ λεαϖεσ τηε ισσυε οφ ηυµαν−ινδυχεδ χλιµατιχ χηανγε υνρε− σολϖεδ. Τηερεφορε, ονε µιγητ ρεασον, νο Copyright 1994 Scientific American, Inc. question, then, is just how large δ is or, more properly, that part of it that results from man-made sulfate. This global average burden of anthropogenic sulfate aerosol can be estimated by considering the entire atmospheric volume as a box. Because the lifetime of sulfate aerosol is short, the sum of all sulfate sources, Q, and its lifetime in the box, t, along with the area of the earth, determine B: Qt B= area of the earth About half the man-made emissions of sulfur dioxide become sulfate aerosol. That implies that currently 35 teragrams (35 × 10 12 grams) per year of sulfur in sulfur dioxide is converted chemically to sulfate. Because the molecular weight of sulfate is three times that of the elemental sulfur, Q is about (3)(35 ×10 12 ) or 1.1 × 1014 grams per year. Studies of sulfate in acid rain have shown that sulfates persist in the air for about five days, or 0.014 year. The area of the earth is 5.1 × 10 14 square meters. Substituting these values into the equation for B yields about 2.8 × 10 –3 gram per square meter for the burden. This apparently meager amount of material produces a small but significant value for the aerosol optical depth. Using the value of scattering efficiency ( α ) of five square meters per gram and a factor of two for the increase in scattering coefficient because of relative humidity, the estimated anthropogenic optical depth becomes δ ≈ 5 × 2 × (2.8 × 10 –3) ≈ 0.028. This value means that about 3 percent of the direct solar beam fails to reach the earth’s surface because of man-made sulfate. A smaller amount— perhaps (0.15)(3 percent), or about 0.5 percent—is thus lost to space. This scattering operates over the noncloudy parts of the earth. About half the earth is cloudy at any given time, so that globally 0.2 to 0.3 percent is lost. χηανγεσ ιν πολιχψ σηουλδ βε χοντεµ− πλατεδ. Τηατ λινε οφ τηινκινγ, ωε βελιεϖε, ισ α σεριουσ µιστακε. Οβϖιουσλψ, νο παν− αχεα πρεσεντσ ιτσελφ τηατ ωουλδ χυρε τηε προβλεµ οφ γλοβαλ χηανγε. Φορ ινστανχε, δεχρεασινγ εµισσιονσ οφ συλφυρ διοξιδε το ρεδυχε αχιδ ραιν µιγητ αχχελερατε γλοβαλ ωαρµινγ. Ωηατ δοεσ σεεµ χλεαρ ισ τηατ α βεττερ ανδ µορε χοµπλετε υν− δερστανδινγ ισ νεεδεδ ανδ τηατ α χαυ− τιουσ πατη βε τακεν. Μανψ γοοδ αργυ− µεντσ χαν βε µαδε φορ χονσερϖινγ φοσ− σιλ φυελσ ανδ ρεδυχινγ εµισσιονσ οφ βοτη χαρβον διοξιδε ανδ συλφυρ διοξιδε. ∆ο− ινγ σο σοονερ ωουλδ βε λεσσ δισρυπτιϖε το τηε χλιµατε τηαν ωαιτινγ, βεχαυσε τηεσε ινδυστριαλ γασεσ ηυµανσ αρε ρε− λεασινγ ατ τηισ µοµεντ αρε ηαϖινγ αν ιµπαχτ ον τηε ωεατηερ τηατ ωιλλ περσιστ φορ δεχαδεσ. Τηε λονγερ τηε ωορλδ δε− λαψσ ιµπλεµεντινγ ρεδυχτιονσ, τηε µορε σεϖερε ωιλλ βε τηε χονσεθυενχεσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΤΗΕ ΧΗΑΝΓΙΝΓ ΑΤΜΟΣΠΗΕΡΕ. Τηοµασ Ε. Γραεδελ ανδ Παυλ ϑ. Χρυτζεν ιν Σχιεντιφιχ Αµεριχαν, ςολ. 261, Νο. 3, παγεσ 58∠68; Σεπτεµβερ 1989. ΧΛΙΜΑΤΕ ΦΟΡΧΙΝΓ ΒΨ ΑΝΤΗΡΟΠΟΓΕΝΙΧ ΑΕΡΟΣΟΛΣ. Ρ. ϑ. Χηαρλσον, Σ. Ε. Σχηωαρτζ, ϑ. Μ. Ηαλεσ, Ρ. ∆. Χεσσ, ϑ. Α. Χοακλεψ, ϑρ., ϑ. Ε. Ηανσεν ανδ ∆. ϑ. Ηοφµανν ιν Σχι− ενχε, ςολ. 255, παγεσ 423∠430; ϑανυαρψ 24, 1992. ΧΛΙΜΑΤΕ ΧΗΑΝΓΕ: ΤΗΕ ΙΠΧΧ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΣΣΕΣΣΜΕΝΤ. Εδιτεδ βψ ϑ. Τ. Ηουγητον, ετ αλ. Πυβλισηεδ φορ τηε Ιντεργοϖερνµεν− ταλ Πανελ ον Χλιµατε Χηανγε βψ Χαµ− βριδγε Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1990. Ανδ: ΧΛΙ− ΜΑΤΕ ΧΗΑΝΓΕ 1992: ΤΗΕ ΣΥΠΠΛΕΜΕΝ− ΤΑΡΨ ΡΕΠΟΡΤ ΤΟ ΤΗΕ ΙΠΧΧ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΣΣΕΣΣΜΕΝΤ. Εδιτεδ βψ ϑ. Τ. Ηουγητον ετ αλ. Χαµβριδγε Υνιϖερσιτψ Πρεσσ, 1992. ΤΗΕ ΡΕΛΑΤΙςΕ ΡΟΛΕΣ ΟΦ ΣΥΛΦΑΤΕ ΑΕΡΟ− ΣΟΛΣ ΑΝ∆ ΓΡΕΕΝΗΟΥΣΕ ΓΑΣΕΣ ΙΝ ΧΛΙ− ΜΑΤΕ ΦΟΡΧΙΝΓ. ϑ. Τ. Κιεηλ ανδ Β. Π. Βριε− γλεβ ιν Σχιενχε, ςολ. 260, παγεσ 311∠314; Απριλ 16, 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 57 Τηε Μολεχυλαρ Αρχηιτεχτσ οφ Βοδψ ∆εσιγν Putting a human gene into a fly may sound like the basis for a science fiction film, but it demonstrates that nearly identical molecular mechanisms define body shapes in all animals βψ Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ ανδ Μιχηαελ Κυζιορα Α λλ ανιµαλσ δεϖελοπ φροµ α σινγλε φερτιλιζεδ εγγ χελλ τηατ γοεσ τηρουγη µανψ ρουνδσ οφ διϖι− σιον, οφτεν ψιελδινγ µιλλιονσ οφ εµβρψ− ονιχ χελλσ. Ιν α δαζζλινγ ανδ στιλλ µψστε− ριουσ φεατ οφ σελφ−οργανιζατιον, τηεσε χελλσ αρρανγε τηεµσελϖεσ ιντο α χοµ− πλετε οργανισµ, ιν ωηιχη βονε, µυσχλε, βραιν ανδ σκιν ιντεγρατε ιντο α ηαρµο− νιουσ ωηολε. Τηε φυνδαµενταλ προχεσσ ισ χονσταντ, βυτ τηε ρεσυλτσ αρε νοτ : ηυ− µανσ, µιχε, ⇓ιεσ ανδ ωορµσ ρεπρεσεντ α ωιδε ρανγε οφ βοδψ δεσιγνσ. Νοτινγ τηατ ϖαριατιον, βιολογιστσ ηαϖε οφτεν συπποσεδ τηατ τηε µολεχυλαρ αρ− χηιτεχτσ οφ βοδψ φορµ∇τηε γενετιχ προ− χεσσεσ τηατ χοντρολ εµβρψονιχ δεϖελοπ− µεντ ιν δι⇑ερεντ σπεχιεσ∇ωουλδ αλσο βε θυιτε διϖερσε. Τηερε ισ χοµπελλινγ εϖιδενχε, ηοωεϖερ, τηατ αν ιντερρελατεδ γρουπ οφ γενεσ, χαλλεδ ΗΟΜ γενεσ ιν ινϖερτεβρατεσ ανδ Ηοξ γενεσ ιν ϖερτε− βρατεσ, γοϖερνσ σιµιλαρ ασπεχτσ οφ βοδψ δεσιγν ιν αλλ ανιµαλ εµβρψοσ. Ιν ατ λεαστ σοµε οφ τηε µολεχυλαρ σψσ− ΩΙΛΛΙΑΜ ΜΧΓΙΝΝΙΣ ανδ ΜΙΧΗΑΕΛ ΚΥΖΙΟΡΑ ινϖεστιγατε τηε ε⇑εχτσ οφ τηε ηοµεοβοξ συπεργενε φαµιλψ ον ανιµαλ δεϖελοπµεντ. ΜχΓιννισ ισ προφεσσορ οφ µολεχυλαρ βιοπηψσιχσ ανδ βιοχηεµιστρψ, ωιτη αν απποιντµεντ ιν βιολογψ, ατ Ψαλε Υνιϖερσιτψ. Αφτερ εαρνινγ ηισ βαχηελορ∏σ δεγρεε ιν βιολογψ φροµ Σαν ϑοσε Στατε Υνιϖερσιτψ ιν 1978, ηε χοντινυεδ ηισ στυδιεσ ιν µολεχυλαρ βιολογψ ατ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια, Βερκελεψ. Ωηιλε ωορκινγ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βασελ δυρ− ινγ τηε µιδ−1980σ, ΜχΓιννισ ανδ Μι− χηαελ Λεϖινε δισχοϖερεδ τηε ηοµεοβοξ σεθυενχε µοτιφ ιν γενεσ οφ ∆ροσοπηιλα φρυιτ φλιεσ. Κυζιορα ηασ βεεν ασσισταντ προφεσσορ οφ βιολογψ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Πιττσβυργη σινχε 1991. Ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. φροµ τηε Βαψλορ Χολλεγε οφ Μεδι− χινε ανδ ωορκεδ ωιτη ΜχΓιννισ φορ φιϖε ψεαρσ ατ Ψαλε ασ α ποστδοχτοραλ φελλοω. 58 τεµσ τηατ µολδ ουρ φορµ, ωε ηυµανσ µαψ βε µυχη µορε σιµιλαρ το ουρ φαρ δισταντ ωορµ ανδ ινσεχτ ρελατιϖεσ τηαν ωε µιγητ λικε το τηινκ. Σο σιµιλαρ, ιν φαχτ, τηατ∇ασ ουρ ωορκ ηασ σηοων∇χυ− ριουσ εξπεριµεντερσ χαν υσε σοµε ηυ− µαν ανδ µουσε Ηοξ γενεσ το γυιδε τηε δεϖελοπµεντ οφ φρυιτ−⇓ψ εµβρψοσ. Τηε στορψ οφ τηεσε υνιϖερσαλ µολεχυ− λαρ αρχηιτεχτσ αχτυαλλψ βεγινσ ωιτη τηε πιονεερινγ γενετιχ στυδιεσ οφ Εδωαρδ Β. Λεωισ οφ τηε Χαλιφορνια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ. Λεωισ ηασ σπεντ µυχη οφ τηε παστ 40 ψεαρσ στυδψινγ τηε βιτηοραξ χοµπλεξ, α σµαλλ χλυστερ οφ ηοµεοτιχ γενεσ ιν τηε φρυιτ ⇓ψ ∆ροσοπηιλα µελα− νογαστερ. Τηε Γρεεκ ωορδ ηοµεο µεανσ αλικε, ανδ τηε ⇓ψ ηοµεοτιχ γενεσ αρε σο ναµεδ βεχαυσε οφ τηειρ αβιλιτψ, ωηεν µυτατεδ, το τρανσφορµ ονε βοδψ σεγ− µεντ οφ τηε φρυιτ ⇓ψ ιντο τηε λικενεσσ οφ ανοτηερ. Μυτατιονσ ιν βιτηοραξ χοµπλεξ γενεσ υσυαλλψ χαυσε συχη δεϖελοπµεν− ταλ δεφεχτσ ιν τηε ποστεριορ ηαλφ οφ τηε ⇓ψ βοδψ πλαν. Τηοµασ Χ. Καυφµαν οφ Ινδιανα Υνιϖερσιτψ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ηαϖε δισχοϖερεδ ανδ στυδιεδ α σεχονδ χλυστερ οφ ⇓ψ ηοµεοτιχ γενεσ, τηε Αν− τενναπεδια χοµπλεξ (ναµεδ φορ τηε φουνδερ γενε οφ τηε χοµπλεξ, Αντεννα− πεδια). Μυτατιονσ ιν τηεσε γενεσ υσυαλ− λψ χαυσε ηοµεοτιχ δεφεχτσ ιν τηε αντερι− ορ ηαλφ οφ τηε ⇓ψ βοδψ πλαν. Ιτ ισ οφτεν τηε χασε ιν βιολογψ τηατ βιζαρρε δεφεχτσ ιν οδδ οργανισµσ χον− ταιν τηε χλυεσ το σολϖινγ ιµπορταντ προβλεµσ, ανδ φεω βιολογιχαλ πηενοµε− να αρε µορε βιζαρρε τηαν τηε δισρυπ− τιονσ ιν βοδψ δεσιγν χαυσεδ βψ ηοµε− οτιχ µυτατιονσ. Φορ εξαµπλε, σοµε µυ− τατιονσ ιν τηε Αντενναπεδια γενε χαν χαυσε τηε αντενναε ον τηε ηεαδ οφ τηε φρυιτ ⇓ψ το βε τρανσφορµεδ ιντο αν εξ− τρα παιρ οφ τηοραχιχ λεγσ. Συρπρισινγλψ, σοµε οφ τηε ανιµαλσ τηατ δεϖελοπ τηε εξτρα λεγσ συρϖιϖε, φεεδ ανδ εϖεν µατε ωιτη νορµαλ ⇓ιεσ. Αντενναπεδια αδυλτσ αρε ραρε εξχεπ− τιονσ, βεχαυσε µοστ µυτατιονσ ιν ηο− µεοτιχ γενεσ χαυσε φαταλ βιρτη δεφεχτσ ιν ∆ροσοπηιλα. Νεϖερτηελεσσ, εϖεν τηοσε δψινγ εµβρψοσ χαν βε θυιτε ινστρυχτιϖε. Φορ ινστανχε, Ερνεστο Σανχηεζ−Ηερρερο ανδ Γινεσ Μορατα οφ τηε Ινδεπενδεντ Υνιϖερσιτψ οφ Μαδριδ φουνδ τηατ ελιµι− νατιον οφ τηρεε γενεσ ιν τηε βιτηοραξ χοµπλεξ∇Υλτραβιτηοραξ, αβδοµιναλ−Α ανδ Αβδοµιναλ−Β∇ισ λετηαλ. Ψετ συχη µυταντ εµβρψοσ συρϖιϖε λονγ ενουγη το δεϖελοπ σπεχιαλιζεδ στρυχτυρεσ τηατ ινδιχατε αλλ ειγητ αβδοµιναλ σεγµεντσ αρε ρεπλαχεδ βψ τηοραχιχ σεγµεντσ. Μοστ πεοπλε ωουλδ βε υννερϖεδ βψ αναλογουσ βιρτη δεφεχτσ ιν µαµµαλσ, βυτ τηεσε γροτεσθυε δεφεχτσ ιν ⇓ιεσ χαν βε οβσερϖεδ ωιτη εθυανιµιτψ. Φ ροµ ηισ οριγιναλ γενετιχ στυδιεσ οφ τηε βιτηοραξ χοµπλεξ γενεσ, Λεωισ δεριϖεδ τωο κεψ ινσιγητσ. Τηε ⇒ρστ ωασ τηατ τηε νορµαλ φυνχτιον οφ τηεσε ηοµεοτιχ γενεσ ισ το ασσιγν διστινχτ σπατιαλ (ορ ποσιτιοναλ) ιδεντιτιεσ το χελλσ ιν δι⇑ερεντ ρεγιονσ αλονγ τηε ⇓ψ∏σ αντεριορ−ποστεριορ αξισ. Τηατ ισ, τηεψ τελλ χελλσ τηατ τηεψ αρε παρτ οφ τηε ⇓ψ∏σ ηεαδ ορ τηοραξ ορ αβδοµεν. Τηεσε ιδεντιτιεσ αρε το σοµε εξτεντ αβ− στραχτ, ιν τηατ τηε ποσιτιοναλ χοορδινατεσ ασσιγνεδ βψ ηοµεοτιχ γενεσ αρε ιντερ− πρετεδ ιν δισσιµιλαρ ωαψσ ιν δι⇑ερεντ δεϖελοπµενταλ σεττινγσ. Αντενναπεδια ασσιγνσ τηοραχιχ ιδεντιτψ δυρινγ βοτη τηε εµβρψονιχ ανδ πυπαλ σταγεσ οφ τηε ⇓ψ∏σ λιφε χψχλε, εϖεν τηουγη τηε στρυχ− τυρεσ (σενσε οργανσ, λεγσ, ωινγσ ανδ σο ον) τηατ δεϖελοπ αλονγ τηε τηοραξ δι⇑ερ ιν λαρϖαε ανδ αδυλτσ. Λεωισ∏σ σεχονδ ιµπορταντ ινσιγητ ωασ τηατ τηε λινεαρ ορδερ οφ τηε βιτηοραξ χοµπλεξ γενεσ ον τηε φρυιτ ⇓ψ∏σ χηρο− µοσοµε εξαχτλψ παραλλελεδ τηε ορδερ οφ τηε βοδψ ρεγιονσ τηεψ σπεχι⇒εδ αλονγ τηε εµβρψο∏σ αντεριορ−ποστεριορ αξισ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. HEAD ANTERIOR labial proboscipedia Deformed ΕΜΒΡΨΟΣ οφ ϖερτεβρατε ανιµαλσ ασ διϖερσε ασ ⇒ση, σαλα− µανδερσ, βιρδσ, ραββιτσ ανδ ηυµανσ σηοω γρεατ σιµιλαρ− ιτιεσ εαρλψ ιν τηειρ δεϖελοπµεντ. ∆ροσοπηιλα φρυιτ ⇓ιεσ ανδ οτηερ ινϖερτεβρατεσ δεϖελοπ αλονγ α ϖερψ δι⇑ερεντ πατη, ψετ ατ τηε εαρλιεστ σταγεσ τηεψ ανδ τηε ϖερτεβρατεσ σηαρε α χοµµον παττερν οφ εξπρεσσιον οφ τηε σο−χαλλεδ ηοµεοβοξ γενεσ. Τηατ δισχοϖερψ ρεϖεαλσ τηατ δεσπιτε τηε δι⇑ερενχεσ ιν τηε ⇒ναλ αππεαρανχε οφ τηε ανιµαλσ, τηεψ υσε χλοσελψ ρελατεδ γενεσ το σπεχιφψ παρτσ οφ τηε βοδψ αλονγ τηε αντεριορ−ποστεριορ (ορ ηεαδ−ταιλ ) αξισ. Antennapedia Abdominal-B TAIL POSTERIOR DROSOPHILA FISH SALAMANDER CHICKEN RABBIT HUMAN ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 59 δια µυτατιονσ ιν αδυλτ ⇓ιεσ αρε χαυσεδ βψ αχτιϖιτψ οφ Αντενναπεδια ιν τηε ηεαδ, ωηερε τηατ γενε ισ νορµαλλψ τυρνεδ ο⇑. Ιν συµµαρψ, τηε γενετιχ εϖιδενχε ινδι− χατεσ τηατ εαχη ΗΟΜ χοµπλεξ γενε ισ νεεδεδ το σπεχιφψ τηε δεϖελοπµενταλ φατε οφ χελλσ ιν α χερταιν ποσιτιον ον τηε αντεριορ−ποστεριορ αξισ: τηε ποστεριορ ηεαδ, αντεριορ τηοραξ ανδ σο ον. Μορε ιµπορταντ (ανδ µορε ινστρυχτιϖε αβουτ τηειρ βιολογιχαλ φυνχτιον), τηε αχτιϖιτψ οφ ΗΟΜ χοµπλεξ γενεσ ισ αππαρεντλψ συ⇔χιεντ το δετερµινε τηε φατε οφ ατ λεαστ σοµε χελλσ, εϖεν ωηεν τηοσε χελλσ ωουλδ νοτ νορµαλλψ φαλλ υνδερ α γιϖεν γενε∏σ ιν⇓υενχε. Τ Antennapedia MUTANT FLY NORMAL FLY ΗΟΜΕΟΤΙΧ ΤΡΑΝΣΦΟΡΜΑΤΙΟΝΣ, ιν ωηιχη βοδψ παρτσ δεϖελοπ ιν τηε ωρονγ ποσι− τιονσ, οχχυρ ιν φρυιτ ⇓ιεσ τηατ ηαϖε µυτατιονσ ιν τηειρ ηοµεοβοξ γενεσ. Μυτατιονσ οφ τηε Αντενναπεδια γενε, φορ εξαµπλε, χαν χαυσε βελτσ οφ τηοραχιχ δεντιχλεσ (σπικεσ) το αππεαρ ον τηε ηεαδσ οφ λαρϖαε (τοπ ριγητ ). Ανοτηερ δεϖελοπµενταλ χον− σεθυενχε οφ τηε µυτατιον ισ τηατ τηε µυταντ αδυλτσ ηαϖε λεγσ γροωινγ ιν πλαχε οφ αντενναε (βοττοµ ριγητ ). Α νορµαλ λαρϖα ανδ αδυλτ αρε σηοων ατ τηε λεφτ. Τηε σαµε ρελατιον αλσο ηολδσ φορ τηε γενεσ οφ τηε Αντενναπεδια χοµπλεξ. Υνιτεδ βψ τηεσε σηαρεδ χηαραχτεριστιχσ, τηε γενεσ ιν τηε βιτηοραξ ανδ Αντεννα− πεδια γρουπινγσ αρε χολλεχτιϖελψ ρε− φερρεδ το ασ τηε ΗΟΜ χοµπλεξ. Α παρτιαλ υνδερστανδινγ οφ ηοω τηε ΗΟΜ χοµπλεξ γενεσ δετερµινε αξιαλ ποσιτιονσ ιν τηε φρυιτ−⇓ψ βοδψ πλαν χαν χοµε φροµ λοοκινγ ατ ωηερε τηοσε γενεσ αρε αχτιϖε ιν εµ− βρψοσ. Τηε ΗΟΜ γενεσ αρε πρεσεντ ιν τηε ∆ΝΑ οφ αλλ οφ α ⇓ψ∏σ χελλσ βυτ αρε αχ− τιϖε ονλψ ιν σοµε οφ τηεµ. Ωηεν αχτι− ϖατεδ, τηε ΗΟΜ χοµπλεξ γενεσ αρε χοπ− ιεδ ασ µολεχυλεσ οφ µεσσενγερ ΡΝΑ, ωηιχη σερϖε ασ τεµπλατεσ φορ τηε σψν− τηεσισ οφ ΗΟΜ προτεινσ. ∆υρινγ εαρλψ δεϖελοπµενταλ σταγεσ, βεφορε ρεγιονσ οφ τηε εµβρψο σηοω ανψ σιγνσ οφ τηειρ εϖεντυαλ φατεσ, τηε δι⇑ερεντ ΗΟΜ χοµ− πλεξ γενεσ αρε αχτιϖατεδ ιν συχχεσσιϖε στριπεσ οφ χελλσ αλονγ τηε αντεριορ−ποσ− τεριορ αξισ. Σοµε οφ τηεσε στριπεσ οφ αχ− 60 τιϖατιον οϖερλαπ, βυτ εαχη ΗΟΜ χοµ− πλεξ γενε ηασ α υνιθυε αντεριορ βουνδ− αρψ οφ αχτιϖατιον ιν τηε βοδψ πλαν. Ιφ δελετιον οφ α γενε ορ σοµε σιµιλαρ ινχιδεντ ιντερφερεσ ωιτη τηε εξπρεσσιον οφ α ΗΟΜ προτειν, τηεν εµβρψονιχ χελλσ τηατ νορµαλλψ χονταιν ηιγη λεϖελσ οφ τηατ προτειν οφτεν υνδεργο α ηοµεοτιχ τρανσφορµατιον. Τηατ τρανσφορµατιον οχχυρσ βεχαυσε οφ α βαχκυπ ΗΟΜ γενε τηατ ισ αλρεαδψ αχτιϖε ιν τηε σαµε χελλσ ανδ τηατ χαν συβστιτυτε ιτσ οων ποσι− τιοναλ ινφορµατιον. Φορ ινστανχε, ιφ τηε φυνχτιον οφ τηε Υλτραβιτηοραξ γενε ισ ελιµινατεδ φροµ χελλσ ωιτηιν α ⇓ψ∏σ αν− τεριορ αβδοµιναλ ρεγιον, Αντενναπεδια ωιλλ τακε οϖερ τηε δεϖελοπµεντ οφ τηατ ρεγιον. Ασ α ρεσυλτ, στρυχτυρεσ νορµαλλψ ασσοχιατεδ ονλψ ωιτη τηε τηοραξ (ωηιχη Αντενναπεδια ηελπσ το σπεχιφψ) αλσο απ− πεαρ µορε ποστεριορλψ. Ηοµεοτιχ τρανσφορµατιονσ χαν αλσο ρεσυλτ φροµ µυτατιονσ τηατ χαυσε α ηοµεοτιχ γενε το βεχοµε αχτιϖε ιν αν ιναππροπριατε ποσιτιον. Τηε Αντενναπε− ηε γενεσ οφ τηε ΗΟΜ χοµπλεξ αρε ϖιρτυαλλψ τηε ονλψ ονεσ ιν ∆ροσοπηιλα τηατ ηαϖε τηοσε προπ− ερτιεσ. Τηεψ αλσο σηαρε αν ιντερεστινγ ρεσεµβλανχε ατ τηε στρυχτυραλ λεϖελ βε− χαυσε αλλ οφ τηεµ αρε µεµβερσ οφ τηε ηοµεοβοξ γενε φαµιλψ. Ηοµεοβοξεσ αρε ∆ΝΑ σεθυενχεσ τηατ χαρρψ τηε δε− σχριπτιονσ φορ µακινγ α ρελατεδ γρουπ οφ προτειν ρεγιονσ, αλλ αβουτ 60∠αµινο αχιδ ρεσιδυεσ ιν σιζε, χαλλεδ ηοµεοδο− µαινσ. Τηε ηοµεο− πρε⇒ξ ιν τηε ναµε οφ τηεσε δοµαινσ στεµσ φροµ τηειρ ινι− τιαλ δισχοϖερψ ιν ∆ροσοπηιλα ΗΟΜ προ− τεινσ. Σινχε τηεν, ηοωεϖερ, ηοµεοδο− µαινσ ηαϖε βεεν φουνδ ιν µανψ οτηερ προτεινσ ωιτη ϖαρψινγ δεγρεεσ οφ σιµι− λαριτψ. Τηε ηοµεοδοµαινσ οφ τηε ∆ρο− σοπηιλα ΗΟΜ προτεινσ αρε εσπεχιαλλψ σιµιλαρ το ονε ανοτηερ, ωηιχη συγγεστσ τηεψ αρε χλοσελψ ρελατεδ. Φορ τηατ ρεα− σον, τηεψ αρε οφτεν ρεφερρεδ το ασ Αν− τενναπεδια−χλασσ ηοµεοδοµαινσ. Ωηατ δο τηεσε ΗΟΜ προτεινσ δο ατ τηε βιοχηεµιχαλ λεϖελ? Ονλψ α συπερ− ⇒χιαλ ανσωερ χαν βε γιϖεν ατ πρεσεντ. Τηεψ βελονγ το α λαργε γρουπ οφ προ− τεινσ ωηοσε φυνχτιον ισ το βινδ το ∆ΝΑ ιν τηε ρεγυλατορψ ελεµεντσ οφ γενεσ. Τηε ριγητ χοµβινατιον οφ τηεσε βουνδ προτεινσ ον α ∆ΝΑ ρεγυλατορψ ελεµεντ ωιλλ σιγναλ τηε αχτιϖατιον ορ ρεπρεσσιον οφ α γενε∇τηατ ισ, το σταρτ ορ στοπ µακ− ινγ τηατ γενε∏σ ενχοδεδ προτειν. Ινϖεσ− τιγατορσ ηαϖε σηοων τηατ τηε ηοµεο− δοµαιν ρεγιον οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ ισ τηε παρτ τηατ διρεχτλψ ιντεραχτσ ωιτη τηε ∆ΝΑ βινδινγ σιτεσ. Ωε αρε φασχινατεδ βψ τηε χοντραστ βε− τωεεν τηε στρυχτυραλ σιµιλαριτψ οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ ανδ τηειρ ϖαριεδ, σπεχι⇒χ ε⇑εχτσ. Ηερε ισ α φαµιλψ οφ προτεινσ τηατ αλλ βινδ το ∆ΝΑ ανδ αρε πρεσυµαβλψ δεριϖεδ φροµ α σινγλε ανχεστραλ Αντεν− ναπεδια−χλασσ προτειν. Ψετ τηειρ ρολεσ ιν δεϖελοπµεντ αρε ρεµαρκαβλψ διϖερσε: ονε προτειν ασσιγνσ χελλσ το βεχοµε παρτσ οφ τηε ηεαδ, ανοτηερ ασσιγνσ χελλσ το βεχοµε τηοραξ ανδ σο ον. Ιτ σεεµσ λικελψ τηατ ΗΟΜ προτεινσ δεσιγνατε ϖαρ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιουσ ποσιτιονσ αλονγ τηε αντεριορ−ποστε− ριορ αξισ βψ ρεγυλατινγ τηε εξπρεσσιον οφ ωηατ µαψ βε λαργε γρουπσ οφ συβορ− δινατε γενεσ. Τηε φυνχτιοναλ σπεχι⇒χιτψ οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ χαν τηερεφορε βε δε⇒νεδ βψ τηε δι⇑ερενχεσ βετωεεν τηεµ τηατ αλλοω τηεµ σελεχτιϖελψ το ρεγ− υλατε χερταιν γενεσ ιν εµβρψοσ. Το λεαρν µορε αβουτ τηισ σπεχι⇒χιτψ, ωε δεχιδεδ ιν 1986 το χονστρυχτ χηιµε− ριχ ΗΟΜ προτεινσ τηατ ηαδ χοµπονεντσ δεριϖεδ φροµ δι⇑ερεντ σουρχεσ. ( Τηε χηιµερα, α µονστερ οφ Γρεεκ µψτηολο− γψ, ωασ παρτ λιον, παρτ γοατ ανδ παρτ σνακε.) Βψ τεστινγ τηε φυνχτιον οφ τηεσε χηιµεριχ προτεινσ, ωε τηουγητ ιτ ωουλδ βε ποσσιβλε το δε⇒νε ωηιχη συβρεγιονσ οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ δετερµινεδ τηειρ σελεχτιϖε ρεγυλατορψ αβιλιτιεσ. Φορ τηε συβϕεχτσ οφ ουρ ⇒ρστ εξπερι− µεντσ, ωε χηοσε τηε ΗΟΜ προτεινσ ∆ε− φορµεδ, Υλτραβιτηοραξ ανδ Αβδοµιναλ− Β. Τηεσε προτεινσ ηαϖε στρυχτυραλλψ σιµ− ιλαρ ηοµεοδοµαινσ: τηατ οφ τηε ∆ε− φορµεδ προτειν ισ ιδεντιχαλ το τηατ οφ Υλτραβιτηοραξ προτειν ατ 44 οφ ιτσ 66 αµινο αχιδσ∇βυτ τηεψ σηαρε νο εξτεν− σιϖε ρεσεµβλανχε ιν οτηερ ρεγιονσ. Εαχη οφ τηεσε προτεινσ αλσο εξερτσ αν ιν⇓υ− ενχε ον οτηερ γενεσ ιν τηε ΗΟΜ φαµιλψ. Τηυσ, τηε ∆εφορµεδ προτειν σελεχτιϖελψ αχτιϖατεσ τηε εξπρεσσιον οφ ιτσ οων γενε; Υλτραβιτηοραξ προτειν ρεπρεσσεσ τηε εξπρεσσιον οφ τηε Αντενναπεδια γενε; ανδ Αβδοµιναλ−Β προτειν ρεγυ− λατεσ ιτσ οων γενε ανδ τηοσε οφ οτηερσ ιν τηε ΗΟΜ χοµπλεξ, ινχλυδινγ Αντεν− ναπεδια, Υλτραβιτηοραξ ανδ αβδοµιναλ− Α. Ωε κνεω ωε χουλδ υσε τηεσε αυτο− ανδ χροσσ−ρεγυλατορψ ρελατιονσηιπσ ιν τεστσ οφ τηε σπεχι⇒χ φυνχτιονσ οφ χηι− µεριχ ΗΟΜ προτεινσ. Τηε ⇒ρστ χηαλλενγε ωασ το χρεατε γενεσ τηατ ωουλδ µακε τηε χηιµεριχ ηοµεοτιχ προτεινσ ωε δεσιρεδ. Ρεχοµ− βιναντ ∆ΝΑ τεχηνιθυεσ µακε τηατ φεατ ποσσιβλε τηρουγη τηε σπλιχινγ οφ βιτσ ανδ πιεχεσ οφ γενεσ ατ τηε ∆ΝΑ λεϖελ. Ιφ τηε γενε ενγινεερινγ ισ δονε ωιτη χαρε, προτειν δοµαινσ χαν βε ϖερψ πρεχισελψ µοϖεδ φροµ ονε προτειν το ανοτηερ ωηιλε ρεταινινγ τηειρ φυνχτιοναλ χηαραχ− τεριστιχσ. Ωε τηεν ηαδ το µακε συρε τηατ τηε χηιµεριχ γενεσ ωουλδ βε αχτιϖε ιν αλλ εµβρψονιχ τισσυεσ. Ωε τηερεφορε υσεδ α µετηοδ ωορκεδ ουτ α φεω ψεαρσ πρεϖιουσλψ βψ Γαρψ Στρυηλ, νοω ατ Χο− λυµβια Υνιϖερσιτψ, τηατ ινϖολϖεσ ατταχη− ινγ τηε γενε το ρεγυλατορψ ∆ΝΑ σεθυενχ− εσ τηατ χαν βε αχτιϖατεδ βψ α µιλδ ηεατ σηοχκ. Φιναλλψ, ωε ινσερτεδ ουρ ηεατ−ιν− δυχιβλε ΗΟΜ γενε χηιµερασ ιντο ∆ρο− σοπηιλα χηροµοσοµεσ βψ α τεχηνιθυε χαλλεδ Π−ελεµεντ τρανσφορµατιον. Τηε ∆ροσοπηιλα ⇓ιεσ τηατ ωε τρανσ− φορµεδ ιν τηισ ωαψ τηερεαφτερ χαρριεδ τηε χηιµεριχ γενεσ ιν εϖερψ χελλ οφ τηειρ βοδψ, ανδ τηοσε γενεσ ωουλδ προδυχε χηιµεριχ προτεινσ ατ ανψ σταγε οφ δεϖελ− οπµεντ ιφ ωε σιµπλψ ραισεδ τηε τεµπερ− ατυρε οφ τηε ⇓ιεσ∏ γροωτη χηαµβερ το 37 δεγρεεσ Χελσιυσ φορ α βριεφ περιοδ. (∆ροσοπηιλα πρεφερ το λιϖε ατ 25 δεγρεεσ Χ βυτ χαν τολερατε 37 δεγρεεσ Χ φορ αν ηουρ ορ τωο ωιτη νο ιλλ ε⇑εχτσ.) Υσινγ τηεσε ανιµαλσ, ωε χουλδ ασσαψ τηε αβιλι− τψ οφ τηε χηιµεριχ προτεινσ το αχτ ον τηε ρεγυλατορψ ελεµεντσ οφ ταργετ γενεσ ιν τηειρ νορµαλ χηροµοσοµαλ ποσιτιονσ ανδ ιν τηειρ νατυραλ εµβρψονιχ ενϖιρον− µεντ∇α δεµανδινγ τεστ τηατ χλοσελψ µιµιχσ τηε υσυαλ χονδιτιονσ υνδερ ωηιχη τηεσε προτεινσ οπερατε. Β εχαυσε ΗΟΜ προτεινσ ηαϖε ηιγη− λψ σιµιλαρ ηοµεοδοµαινσ, τηεψ βινδ το νεαρλψ ιδεντιχαλ ∆ΝΑ σιτεσ ωηεν τεστεδ ιν τηε λαβορατορψ. Ιτ τηερε− φορε ινιτιαλλψ σεεµεδ λικελψ τηατ τηε φεα− τυρεσ γιϖινγ εαχη προτειν ιτσ φυνχτιοναλ σπεχι⇒χιτψ ωουλδ βε φουνδ ουτσιδε τηε ηοµεοδοµαιν∇ιν τηε παρτσ οφ τηε προ− τεινσ τηατ ωερε µοστ ινδιϖιδυαλ. Ψετ ασ οφτεν ηαππενσ ωηεν σιµπλε δεδυχτιϖε ρεασονινγ ισ αππλιεδ το βιολογιχαλ προβ− λεµσ, τηατ εξπεχτατιον ωασ ωρονγ. Ωε φουνδ τηατ ιφ ωε ρεµοϖεδ τηε να− τιϖε ηοµεοδοµαιν φροµ α ∆εφορµεδ προτειν ανδ πυτ αν Υλτραβιτηοραξ ηο− µεοδοµαιν ιν ιτσ πλαχε, τηε χηιµεριχ προτειν λοστ τηε αβιλιτψ το ρεγυλατε ∆ε− φορµεδ γενε εξπρεσσιον ιν εµβρψοσ. Ιν− στεαδ τηε νεω προτειν αχτεδ ον τηε εξ− πρεσσιον οφ τηε Αντενναπεδια γενε∇ µυχη ασ α νορµαλ Υλτραβιτηοραξ προ− τειν ωουλδ. Βψ τρανσφερρινγ τηε Υλτρα− βιτηοραξ ηοµεοδοµαιν το ∆εφορµεδ, ωε ηαδ αππαρεντλψ αλσο τρανσφερρεδ ιτσ σελεχτιϖε ρεγυλατορψ αβιλιτιεσ. Ανοτηερ ηοµεοδοµαιν σωαπ εξπεριµεντ γαϖε υσ σιµιλαρ ρεσυλτσ. Α ∆εφορµεδ προτειν χαρρψινγ αν Αβδοµιναλ−Β ηοµεοδο− µαιν ινστεαδ οφ ιτσ οων µιµιχκεδ τηε ρεγυλατορψ σπεχι⇒χιτψ οφ αν Αβδοµιναλ− Β προτειν. Τηε χηιµεριχ προτεινσ διδ νοτ βεηαϖε εξαχτλψ λικε τηε προτειν φροµ ωηιχη τηειρ ηοµεοδοµαιν ωασ δεριϖεδ. Βοτη τηε ∆εφορµεδ/Υλτραβιτηοραξ χηιµερα ανδ τηε ∆εφορµεδ/Αβδοµιναλ−Β χηι− µερα αχτιϖατεδ εξπρεσσιον οφ τηειρ ταρ− γετ γενεσ, ωηερεασ τηε νορµαλ Υλτρα− βιτηοραξ ανδ Αβδοµιναλ−Β προτεινσ ρε− πρεσσεδ εξπρεσσιον οφ τηε σαµε γενεσ. Πρεσυµαβλψ, ρεγιονσ οφ τηε ∆εφορµεδ προτειν ουτσιδε τηε ηοµεοδοµαιν ρε− γιον συππλψ α στρονγ αχτιϖατιον φυνχ− τιον τηατ χαν ωορκ ωιτη ανψ οφ τηεσε ΗΟΜ ηοµεοδοµαινσ. Χονσιστεντ ωιτη DROSOPHILA EMBRYO THORAX HEAD lab pb Dfd Scr ABDOMEN Antp Ubx abd-A Abd-B B8 B9 DROSOPHILA HOM GENES B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 MOUSE HoxB GENES A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 MOUSE HoxA GENES D1 D3 D4 D8 HUMAN HOXD GENES ΗΟΜΕΟΒΟΞ ΓΕΝΕ ΧΟΜΠΛΕΞΕΣ ηαϖε βεεν ιδεντι⇒εδ ιν βοτη ινϖερτεβρατεσ ανδ ϖερ− τεβρατεσ. ∆ροσοπηιλα ηαϖε ΗΟΜ γενεσ, ωηιχη οχχυπψ τηε σαµε ορδερ ον τηε ⇓ψ χηρο− µοσοµε ασ τηε αντεριορ−το−ποστεριορ ορδερ οφ βοδψ ρεγιονσ ωηοσε δεϖελοπµεντ τηεψ χοντρολ. Μιχε ανδ ηυµανσ ηαϖε Ηοξ γενεσ, ωηιχη αρε χλοσελψ ρελατεδ το µεµ− βερσ οφ τηε ΗΟΜ χοµπλεξ ανδ σηοω τηε σαµε σπατιαλ ανδ φυνχτιοναλ αρρανγεµεντ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. D9 61 HOMEOBOX PROTEIN H2N VARIABLE REGION COOH HOMEODOMAIN CONSENSUS ΗΟΜΕΟ∆ΟΜΑΙΝΣ αρε τηε ηιγηλψ σιµιλαρ 60∠αµινο αχιδ ρεγιονσ οφ τηε προτεινσ µαδε βψ αλλ ηοµεοβοξ γενεσ. Εαχη λετ− τερ ιν τηε χονσενσυσ στρινγ ρεπρεσεντσ αν αµινο αχιδ; δεϖιατιονσ φροµ τηατ χονσενσυσ αρε σηοων φορ σεϖεραλ χλοσε− λψ ρελατεδ ΗΟΜ ανδ Ηοξ προτεινσ. R K R GR T T Y T R Y Q T L E L E K E F H F N R Y L T R R R R I E I A H A L C L T E R Q I K I W F Q N R R MKW K K E N Labial NNS – – – N F – NK – L T – – – – – – – – – – – – – – A – – – – – – N T – Q– N– T – V – – – – – – – – – – Q– – RV P GG L – – N F – T R – L T – – – – – – – – – K – – S – A – – V – – – A T – G – N – T – V – – – – – – – – – – Q – – R E HoxB1 Deformed P – – Q– – A – – – H – I – – – – – – – – Y – – – – – – – – – – – – – – T – V– S – – – – – – – – – – – – – – – – – D– P – – S – – A – – – Q– V– – – – – – – – Y – – – – – – – – – V– – – – – – – – S – – – – – – – – – – – – – – – – – DH HoxB4 Antennapedia – – – – –Q– –– –– – –– ––– – –– – – –– – –––– – – –––– – –––– – –– –– – –– –– – – – –– – –– –– – – – – –Q– –– – – – – – – – – – – – – Y– – – – – – – – – – – – – – T– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – HoxB7 Abdominal-B V R K K – K P – S K F – – – – – – – – – L – – A – V S K QK – W– L – R N – Q – – – – – V – – – – – – – – – – N – – N S S R K K – CP – – K – – – – – – – – – – L – – M– – – – D– – H – V – R L – N – S – – – V – – – – – – – – – – M– – L – HoxB9 τηισ νοτιον, ∆εφορµεδ δοεσ ηαϖε α φεω ρεγιονσ οφ προτειν σεθυενχε τηατ αρε ριχη ιν τηε τψπεσ οφ αµινο αχιδσ χηαραχ− τεριστιχ οφ αχτιϖατιον δοµαινσ ιν οτη− ερ γενε ρεγυλατορψ προτεινσ. Σιµιλαρ εξπεριµεντσ ον τηε φυνχτιον− αλ σπεχι⇒χιτψ οφ ΗΟΜ προτεινσ ηαϖε αλσο βεεν χαρριεδ ουτ βψ Ριχηαρδ Μανν ανδ ∆αϖιδ Σ. Ηογνεσσ οφ Στανφορδ Υνιϖερσιτψ ανδ βψ Γρεγ Γιβσον ανδ Ωαλτερ ϑ. Γεηρ− ινγ ανδ τηειρ χολλεαγυεσ ατ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Βασελ. Τηειρ εξπεριµεντσ ωερε βασεδ ον εϖαλυατιονσ οφ τηε ηοµεοτιχ τρανσφορµατιονσ τηατ µυταντ ανδ χηι− µεριχ ΗΟΜ προτεινσ ινδυχεδ ιν δεϖελ− οπινγ ⇓ιεσ. Βεχαυσε τηεψ ωερε λοοκινγ ατ τηε δεϖελοπµενταλ ε⇑εχτσ οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ ρατηερ τηαν ϕυστ ατ τηειρ εφ− φεχτσ ον γενε εξπρεσσιον, τηοσε ινϖεστι− γατορσ ωερε υσινγ α µορε δεµανδινγ µεασυρε οφ ΗΟΜ προτειν φυνχτιον τηαν τηε ονε ωε αππλιεδ. Ψετ τηειρ ρεσυλτσ, τοο, συππορτ τηε ιδεα τηατ µυχη (τηουγη νοτ αλλ ) οφ τηε φυνχτιοναλ σπεχι⇒χιτψ οφ τηε ΗΟΜ προτεινσ ρεσιδεσ ιν τηε σµαλλ δι⇑ερενχεσ ωιτηιν ορ ιµµεδιατελψ αδϕα− χεντ το τηε ηοµεοδοµαιν ρεγιονσ. Το υσ, αλλ τηοσε ⇒νδινγσ αλσο συγγεστ− εδ τηατ χερταιν λονγ−σηοτ εξπεριµεντσ αλρεαδψ ονγοινγ ιν ουρ λαβορατορψ, φορ ωηιχη ωε ηαδ ονλψ φαιντ ηοπεσ οφ συχ− χεσσ, αχτυαλλψ ηαδ α χηανχε οφ ψιελδινγ ιντερπρεταβλε ρεσυλτσ. Τηοσε εξπεριµεντσ ινϖολϖεδ φυνχτιοναλ ασσαψσ οφ µουσε ανδ ηυµαν ηοµεοδοµαιν προτεινσ ιν ∆ροσοπηιλα εµβρψοσ. Το χονϖεψ τηε σιγ− νι⇒χανχε οφ τηοσε τεστσ, ωε νεεδ το ρε− ϖιεω ωηατ ισ κνοων αβουτ τηε µαµ− µαλιαν Ηοξ γενεσ. ∆υρινγ τηε παστ νινε ψεαρσ, γενεσ τηατ χονταιν Αντενναπεδια−χλασσ ηοµεοβοξ− εσ ηαϖε βεεν φουνδ ιν τηε χηροµοσοµεσ οφ µανψ ανιµαλ σπεχιεσ βεσιδεσ ∆ρο− σοπηιλα. Συχη γενεσ ηαϖε βεεν χαρεφυλλψ ΕΞΠΡΕΣΣΙΟΝ οφ τηε ∆εφορµεδ γενε ιν ⇓ψ εµβρψοσ, ασ ρε− ϖεαλεδ βψ α βροων δψε, ισ νορµαλλψ χον⇒νεδ το α βανδ οφ χελλσ τηατ βεχοµε ποστεριορ ηεαδ στρυχτυρεσ (λεφτ ). Γενετιχαλλψ εν− γινεερεδ εµβρψοσ τηατ χαρρψ ηεατ−ινδυχιβλε ∆εφορµεδ γενεσ, 64 στυδιεδ ιν φρογσ, µιχε ανδ ηυµανσ, ωηερε τηεψ αρε χαλλεδ Ηοξ (σηορτ φορ ηοµεοβοξ) γενεσ. Ιν βοτη µιχε ανδ ηυµανσ, Ηοξ γενεσ χλυστερ ιντο φουρ λαργε χοµπλεξεσ τηατ ρεσιδε ον δι⇑ερ− εντ χηροµοσοµεσ. Ιν τηειρ οργανιζα− τιον ανδ παττερνσ οφ εµβρψονιχ εξπρεσ− σιον, τηε γενεσ οφ τηε Ηοξ χοµπλεξεσ σηαρε ιντριγυινγ λικενεσσεσ το τηε γενεσ οφ τηε ⇓ψ ΗΟΜ χοµπλεξ. Φορ εξαµπλε, ονε χαν ιδεντιφψ Ηοξ γενεσ τηατ στρυχ− τυραλλψ ρεσεµβλε τηε ΗΟΜ γενεσ λαβιαλ, προβοσχιπεδια, ∆εφορµεδ, Αντενναπε− δια ανδ Αβδοµιναλ−Β. Τηε εθυιϖαλεντ Ηοξ ανδ ΗΟΜ γενεσ αρε αρρανγεδ ιν τηε σαµε λινεαρ ορδερ ωιτηιν τηειρ ρε− σπεχτιϖε χοµπλεξεσ. Α φυρτηερ παραλλελ ηασ βεεν οβσερϖεδ βοτη βψ ∆ενισ ∆υβουλε οφ τηε Υνιϖερσι− τψ οφ Γενεϖα ανδ Πασχαλ ∆ολλ ατ τηε ΧΝΡΣ Λαβορατορψ οφ Ευκαρψοτιχ Μολεχυ− λαρ Γενετιχσ ιν Στρασβουργ ανδ βψ Ροββ Κρυµλαυφ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ατ τηε Να− τιοναλ Ινστιτυτε φορ Μεδιχαλ Ρεσεαρχη ιν Λονδον. Τηεψ ηαϖε ασσεµβλεδ χονϖινχ− ινγ εϖιδενχε τηατ τηε παττερνσ οφ εξ− πρεσσιον φορ τηε τωο τψπεσ οφ γενεσ αρε αλικε. Τηατ ισ, τηε Ηοξ γενεσ αρε αχτιϖατ− εδ αλονγ τηε ηεαδ−ταιλ αξισ οφ τηε εαρλψ µουσε εµβρψο ιν τηε σαµε ρελατιϖε ορδερ τηατ τηε ΗΟΜ γενεσ αρε αχτιϖατ− εδ ον τηε αντεριορ−ποστεριορ αξισ οφ ∆ροσοπηιλα. Στρυχτυραλ σιµιλαριτιεσ βετωεεν τηε µουσε ανδ ⇓ψ προτεινσ αρε µαινλψ λιµ− ιτεδ το τηε ηοµεοδοµαιν ρεγιονσ. Φλψ Αντενναπεδια ανδ µουσε ΗοξΒ6 αρε νεαρλψ ιδεντιχαλ ιν τηε αµινο αχιδ σε− θυενχε οφ τηειρ ρεσπεχτιϖε ηοµεοδο− ηοωεϖερ, ωιλλ προδυχε τηε ∆εφορµεδ προτειν ιν εϖερψ χελλ οφ τηειρ βοδψ αφτερ α βριεφ εξποσυρε το ηεατ (ριγητ ). Τηε δεϖελ− οπµενταλ αβνορµαλιτιεσ φουνδ ιν συχη εµβρψοσ χαν βε υσεδ το ινφερ ΗΟΜ γενε φυνχτιον. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. µαινσ (τηεψ δι⇑ερ ατ ονλψ φουρ οφ 61 ποσιτιονσ), ωηιχη µεανσ τηατ τηεσε τωο προτεινσ ρεσεµβλε εαχη οτηερ µορε τηαν Αντενναπεδια δοεσ ανψ οτηερ ⇓ψ ΗΟΜ προτειν. Ιν αν εϖολυτιοναρψ σενσε, τηισ ινφορµατιον αργυεσ τηατ ΗοξΒ6 ανδ Αντενναπεδια αρε στρυχτυραλ ηοµο− λογυεσ∇τηατ ισ, τηεψ δεσχενδεδ φροµ α χοµµον ανχεστραλ γενε δι⇑ερεντ φροµ τηε ονε τηατ γαϖε ρισε το, σαψ, Αβδοµι− ναλ−Β ορ ∆εφορµεδ. Βψ τηε σαµε ρεασονινγ, τηε σιµιλαριτψ βετωεεν τηε εντιρε ΗΟΜ χοµπλεξ ανδ τηε Ηοξ χοµπλεξεσ αργυεσ τηατ τηε µοστ ρεχεντ χοµµον ανχεστορ οφ ∆ροσοπηιλα, µιχε ανδ ηυµανσ∇α ωορµλικε χρεατυρε τηατ λιϖεδ αβουτ 700 µιλλιον ψεαρσ αγο, γιϖε ορ τακε α φεω ηυνδρεδ µιλλιον ψεαρσ∇ηαδ α προτοχοµπλεξ οφ Αντεν− ναπεδια−χλασσ ηοµεοβοξ γενεσ. Τηε εξ− αχτ τψπε ανδ αρρανγεµεντ οφ γενεσ ιν τηατ χοµπλεξ ρεµαιν α µψστερψ. Νεϖερ− τηελεσσ, ωε χαν βε χον⇒δεντ, υσινγ τηε µοδερν ΗΟΜ ανδ Ηοξ χοµπλεξεσ ασ γυιδεσ, τηατ τηε ανχιεντ προτοχοµπλεξ χονταινεδ στρυχτυραλ ηοµολογυεσ οφ λαβιαλ, προβοσχιπεδια, ∆εφορµεδ, Αντεν− ναπεδια ανδ Αβδοµιναλ−Β. Τηισ οϖεραλλ ϖιεω οφ ΗΟΜ ανδ Ηοξ γενε εϖολυτιον ισ στρονγλψ συππορτεδ βψ ρεσεαρχη ον βεε− τλε ηοµεοτιχ γενεσ βψ Ριχηαρδ Ω. Βεε− µαν οφ τηε Υ.Σ. ∆επαρτµεντ οφ Αγριχυλ− τυρε ανδ Ροβ Ε. ∆ενελλ οφ Κανσασ Στατε Υνιϖερσιτψ ανδ βψ ρεχεντ ρεπορτσ φροµ µανψ λαβορατοριεσ τηατ τηε πριµιτιϖε ρουνδωορµ Χαενορηαβδιτισ ελεγανσ αλσο ηασ α ΗΟΜ χοµπλεξ δισταντλψ βυτ ρεχ− ογνιζαβλψ ρελατεδ το τηε ∆ροσοπηιλα ΗΟΜ ανδ ϖερτεβρατε Ηοξ χοµπλεξεσ. Α λλ τηισ στρυχτυραλ εϖιδενχε, τηουγη συγγεστιϖε, στιλλ δοεσ νοτ διρεχτλψ τελλ υσ ωηετηερ ΗΟΜ ανδ Ηοξ προτεινσ δο σερϖε τηε σαµε δεϖελοπ− µενταλ φυνχτιον ιν εµβρψοσ. Αφτερ αλλ, τηε µουσε ανδ ⇓ψ γενε χοµπλεξεσ ηαϖε βεεν ιν δι⇑ερεντ εϖολυτιοναρψ λινεαγεσ φορ ηυνδρεδσ οφ µιλλιονσ οφ ψεαρσ, ωιτη πλεντψ οφ τιµε το εϖολϖε νεω ορ διϖερ− γεντ αβιλιτιεσ. Σο τηε σιµιλαριτιεσ ιν στρυχ− τυρε ανδ εξπρεσσιον µιγητ βε ηιστορι− χαλ θυιρκσ ανδ νοτ τρυστωορτηψ ινδιχα− τορσ οφ φυνχτιοναλ ρεσεµβλανχε βετωεεν πρεσεντ−δαψ ΗΟΜ ανδ Ηοξ προτεινσ. Ονε αππροαχη το τηε προβλεµ ισ το εξπλορε τηε βιολογιχαλ ε⇑εχτσ οφ Ηοξ γενεσ ιν ϖερτεβρατε εµβρψοσ ανδ το χοµπαρε τηεµ ωιτη ωηατ ισ κνοων αβουτ τηε ε⇑εχτσ οφ ΗΟΜ γενεσ ιν ιν− ϖερτεβρατεσ. Φορ ινστανχε, δοεσ τηε ιν− αππροπριατε αχτιϖατιον ορ σπεχι⇒χ ινηι− βιτιον οφ Ηοξ γενε φυνχτιον δυρινγ µουσε δεϖελοπµεντ χαυσε ηοµεοτιχ τρανσφορµατιονσ? Ιν ονε ε⇑ορτ το αν− σωερ τηισ θυεστιον, Πετερ Γρυσσ ανδ ηισ χολλεαγυεσ ατ τηε Μαξ Πλανχκ Ινστιτυτε φορ Βιοπηψσιχαλ Χηεµιστρψ ιν Γττινγεν CHIMERIC Deformed/ Ultrabithorax PROTEIN ACTIVATE Deformed GENE Antennapedia GENE ACTIVATE REPRESS Deformed PROTEIN Ultrabithorax PROTEIN ΓΕΝΕΤΙΧ ΤΑΡΓΕΤΣ οφ ηοµεοδοµαιν προτεινσ αρε λαργελψ δετερµινεδ βψ τηε ηο− µεοδοµαιν ρεγιονσ οφ τηοσε προτεινσ. Φορ εξαµπλε, α χηιµεριχ ∆εφορµεδ προτειν χαρρψινγ αν Υλτραβιτηοραξ ηοµεοδοµαιν αχτσ ον τηε σαµε γενεσ ασ δοεσ Υλτρα− βιτηοραξ. Ψετ τηε ρεγυλατορψ ε⇑εχτ οφ τηε χηιµερα∇αχτιϖατιον∇ισ µορε λικε τηατ οφ ∆εφορµεδ βεχαυσε οφ προτειν ρεγιονσ ουτσιδε τηε ηοµεοδοµαιν. χρεατεδ στραινσ οφ µιχε ωηοσε εµβρψοσ προδυχε ΗοξΑ7 προτειν ιν τηε ηεαδ ανδ αντεριορ χερϖιχαλ ρεγιον. Νορµαλλψ, ΗοξΑ7 προτειν (ωηιχη ισ σιµιλαρ το τηε Αντενναπεδια ανδ Υλτραβιτηοραξ προ− τεινσ οφ τηε ΗΟΜ χοµπλεξ) ισ µοστ αβυνδαντ ιν τηε ποστεριορ χερϖιχαλ ανδ αντεριορ τηοραχιχ ρεγιονσ ανδ ισ εξχλυδ− εδ φροµ µορε αντεριορ παρτσ. Σοµε µιχε ιν ωηιχη ΗοξΑ7 ισ εξπρεσσεδ ιναππρο− πριατελψ δεϖελοπ δεφορµιτιεσ οφ τηε εαρ ανδ παλατε ανδ οχχασιοναλλψ ηαϖε ηο− µεοτιχ τρανσφορµατιονσ οφ τηε χερϖιχαλ ϖερτεβραε. Τηε δι⇔χυλτ χονϖερσε εξπεριµεντ∇ κνοχκινγ ουτ Ηοξ γενε φυνχτιον∇ηασ βεεν αχχοµπλισηεδ φορ ΗοξΑ3 βψ Οσ− αµυ Χηισακα ανδ Μαριο Ρ. Χαπεχχηι οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Υταη ανδ φορ ΗοξΑ1 βψ Τηοµασ Λυφκιν ανδ Πιερρε Χηαµβον ανδ τηειρ χολλαβορατορσ ατ ΧΝΡΣ ιν Στρασβουργ. Τηειρ ωορκ ηασ σηοων τηατ σοµε στρυχτυρεσ ιν τηε αντεριορ ρεγιονσ οφ µουσε εµβρψοσ δο δεπενδ ον τηοσε γενεσ. Μυτατιον οφ τηε ΗοξΑ3 γενε ρε− συλτσ ιν µιχε τηατ διε ϕυστ αφτερ βιρτη ωιτη α χοµπλιχατεδ σετ οφ ηεαδ ανδ νεχκ δεφορµιτιεσ, ινχλυδινγ αβνορµαλλψ σηαπεδ βονεσ ιν τηε ιννερ εαρ ανδ φαχε ανδ τηε αβσενχε οφ α τηψµυσ. Συχη δεφορµιτιεσ αρε ρεµινισχεντ οφ α ηυµαν χονγενιταλ δισορδερ χαλλεδ ∆ι− Γεοργε∏σ σψνδροµε, ραισινγ ηοπεσ τηατ τηε στυδψ οφ ΗΟΜ ανδ Ηοξ γενεσ ωιλλ βε οφ πραχτιχαλ βενε⇒τ ιν εξπλαινινγ σοµε ηυµαν βιρτη δεφεχτσ. Μυχη µορε ρεσεαρχη νεεδσ το βε δονε βεφορε βιολο− γιστσ ηαϖε α γοοδ υνδερστανδινγ οφ ηοω Ηοξ γενεσ παρτιχιπατε ιν τηε δεϖελοπ− µενταλ δεσιγν οφ µιχε ανδ ηυµανσ, βυτ τηεσε ανδ οτηερ ινιτιαλ εξπεριµεντσ χερ− ταινλψ συγγεστ τηατ τηε Ηοξ ανδ ΗΟΜ γενεσ σερϖε χοµπαραβλε πυρποσεσ. Ιν ουρ οων ωορκ, ωε ηαϖε τριεδ το µακε α διρεχτ χοµπαρισον βψ τεστινγ ωηετηερ Ηοξ προτεινσ χαν τακε τηε πλαχε οφ ΗΟΜ προτεινσ ιν δεϖελοπινγ ∆ροσοπηιλα εµβρψοσ. Ιδεαλλψ, ονε ωουλδ αχχοµπλιση τηισ σωαπ βψ χοµπλετελψ ρε− πλαχινγ τηε ΗΟΜ γενε οφ α ⇓ψ ωιτη ιτσ Ηοξ ηοµολογυε; τηε Ηοξ γενε µιγητ τηεν βε εξπρεσσεδ ονλψ ωηεν ανδ ωηερε τηε ΗΟΜ γενε ωουλδ βε ορδιναρ− ιλψ. Υνφορτυνατελψ, συχη αν εξπεριµεντ ισ νοτ ψετ φεασιβλε, βεχαυσε τηε γενεσ ιν τηειρ εντιρετψ αρε τοο βιγ το βε µανιπυ− λατεδ βψ χυρρεντ τεχηνολογψ. Στιλλ, ωε χουλδ δο τηε νεξτ−βεστ ποσσιβλε τηινγ : βψ υσινγ Ηοξ ∆ΝΑ σεθυενχεσ λινκεδ το ηεατ−ινδυχιβλε ρεγυλατορψ ελεµεντσ, ωε χουλδ µακε αλλ τηε χελλσ οφ α δεϖελοπινγ ⇓ψ εξπρεσσ α Ηοξ προτειν. Τ ηε ⇒ρστ προτειν τηατ ωε ανδ ουρ λαβορατορψ χολλεαγυε Ναδινε Μχ− Γιννισ τεστεδ ιν τηισ ωαψ ωασ τηε ηυµαν ΗΟΞ∆4 προτειν, τηε εθυιϖαλεντ οφ α µουσε Ηοξ∆4. ( Ωηεν ρεφερρινγ σπεχι⇒χαλλψ το ηυµαν γενεσ, τηε ΗΟΞ λαβελ ισ χαπιταλιζεδ το χονφορµ ωιτη στανδαρδ γενετιχ νοµενχλατυρε.) Τηε γενε φορ τηισ ηυµαν προτειν, ωηιχη ηασ α ηοµεοδοµαιν λικε τηατ οφ τηε ⇓ψ ∆ε− φορµεδ προτειν, ωασ ισολατεδ ανδ χηαρ− αχτεριζεδ ιν 1986 βψ Φυλϖιο Μαϖιλιο ανδ Εδοαρδο Βονχινελλι ανδ τηειρ χολλεαγυεσ ατ τηε Ινστιτυτε φορ Γενετιχσ ανδ Βιο− πηψσιχσ ιν Ναπλεσ. Ιν ∆ροσοπηιλα, ωηεν τηε ∆εφορµεδ γενε ισ εξπρεσσεδ ουτσιδε ιτσ νορµαλ αντεριορ−ποστεριορ λιµιτσ, τηε αδυλτ ⇓ιεσ συ⇑ερ α ϖαριετψ οφ ηεαδ αβνορµαλιτιεσ, συχη ασ τηε αβσενχε οφ α ϖεντραλ εψε. Ωε ωερε αµαζεδ το ⇒νδ τηατ τηε ηυ− µαν ΗΟΞ∆4 προτειν, ωηεν εξπρεσσεδ ιν δεϖελοπινγ ⇓ψ χελλσ, χαυσεδ τηε σαµε δεφορµιτιεσ. Ωε χουλδ νοτ αττριβυτε τηεσε χηανγεσ εντιρελψ το τηε ηυµαν προτειν, ηοωεϖερ : ουρ εξπεριµεντσ ιν− διχατεδ τηατ τηε ηυµαν προτειν ωασ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 65 Deformed MUTANT FLY NORMAL FLY ∆ΕΦΟΡΜΕ∆ ΜΥΤΑΝΤ ΦΛΙΕΣ ηαϖε α ϖαριετψ οφ ηεαδ αβνορµαλιτιεσ, ινχλυδινγ τηε αβ− σενχε οφ τηε λοωερ ηαλφ οφ τηε χοµπουνδ εψεσ. Τηε σαµε αβνορµαλιτιεσ χαν βε ιν− δυχεδ βψ µακινγ τηε ιµµατυρε ⇓ιεσ εξπρεσσ τηε ηυµαν ΗΟΞ∆4 προτειν. Τηισ ηυ− µαν προτειν ρεσεµβλεσ τηε ∆εφορµεδ προτειν ανδ σεεµσ το ηαϖε α σιµιλαρ φυνχτιον. προµοτινγ τηε εξπρεσσιον οφ τηε ⇓ψ∏σ ∆εφορµεδ γενε ασ ωελλ. ( Ρεµεµβερ τηατ ονε νορµαλ ε⇑εχτ οφ τηε ∆εφορµεδ προτειν ισ τηατ ιτ αχτιϖατεσ ιτσ οων γενε, ιν α χψχλε οφ ποσιτιϖε φεεδβαχκ.) Τηε ηυ− µαν ΗΟΞ∆4 προτειν ωασ τηερεφορε µιµιχκινγ τηε ε⇑εχτσ οφ ιναππροπριατε ∆εφορµεδ εξπρεσσιον βεχαυσε∇ατ λεαστ ιν παρτ∇ιτ ωασ χαυσινγ ιναππροπριατε ∆εφορµεδ εξπρεσσιον. Νεϖερτηελεσσ, ωε χουλδ σεε τηατ ΗΟΞ∆4 διδ αχτ λικε α ωεακ βυτ σπεχι⇒χ ρεπλιχα οφ ιτσ ∆ροσοπη− ιλα ηοµολογυε. Ενχουραγεδ βψ τηισ ρεσυλτ, ϑαρεµα Μαλιχκι, α γραδυατε στυδεντ ιν ουρ λαβ− ορατορψ, τεστεδ τηε φυνχτιον οφ τηε µουσε ΗοξΒ6 προτειν ιν δεϖελοπινγ ⇓ιεσ. ΗοξΒ6, ωηιχη Κλαυσ Σχηυγηαρτ ανδ Φρανκ Η. Ρυδδλε ιδεντι⇒εδ ανδ χηαραχ− τεριζεδ α φεω ⇓οορσ αωαψ φροµ υσ ατ Ψαλε Υνιϖερσιτψ, ηασ α ηοµεοδοµαιν τηατ ισ ηιγηλψ σιµιλαρ το Αντενναπεδια προτειν. Τηε ε⇑εχτσ οφ ΗοξΒ6 προτειν εξπρεσσιον ιν δεϖελοπινγ ⇓ψ χελλσ ωασ σπεχταχυλαρ ανδ υνµιστακαβλψ ηοµεοτ− ιχ. Ιν ∆ροσοπηιλα λαρϖαε τηε ΗοξΒ6 προ− τειν χαυσεδ µυχη οφ τηε ηεαδ ρεγιον το δεϖελοπ ασ ιφ ιτ ωερε τηοραχιχ: ινστεαδ οφ α λαρϖαλ ηεαδ σκελετον, τηε τρανσ− φορµεδ ⇓ιεσ προδυχεδ δεντιχλε βελτσ, ροωσ οφ σπικεσ τηατ αρε υσυαλλψ αρ− ρανγεδ ον τηε βελλιεσ οφ ∆ροσοπηιλα. Ιν ∆ροσοπηιλα αδυλτσ, ΗοξΒ6 χαυσεδ α ηο− µεοτιχ τρανσφορµατιον οφ τηε αντενναε ιντο τηοραχιχ λεγσ. Βοτη τηε λαρϖαλ ανδ 66 αδυλτ ηοµεοτιχ τρανσφορµατιονσ ωερε µυχη λικε τηοσε χαυσεδ βψ τηε ιναππρο− πριατε εξπρεσσιον οφ Αντενναπεδια προ− τειν τηρουγηουτ τηε βοδψ. Ω ηατ χαν ονε µακε οφ τηεσε εϖο− λυτιοναρψ σωαπ εξπεριµεντσ? Φιρστ οφ αλλ, τηεψ ρεινφορχεδ ουρ χονχλυσιονσ τηατ τηε ηοµεοδοµαινσ τηεµσελϖεσ δετερµινεδ µυχη οφ τηε ρεγυλατορψ σπεχι⇒χιτψ οφ τηε προτεινσ: τηε ηοµολογουσ ⇓ψ ανδ ϖερτεβρατε προ− τεινσ ηαϖε λιττλε ιν χοµµον ουτσιδε τηε ηοµεοδοµαιν ρεγιον. Ιν αδδιτιον, τηε εξπεριµεντσ συγγεστεδ τηατ φροµ α φυνχτιοναλ στανδποιντ, τηε ηοµολογουσ προτεινσ αρε ατ λεαστ σοµεωηατ ιντερ− χηανγεαβλε ανδ ηαϖε σιµιλαρ µεαν− ινγσ φορ εαρλψ εµβρψοσ. Τηε σψστεµ φορ δετερµινινγ αντεριορ−ποστεριορ αξιαλ πο− σιτιονσ ηασ εϖιδεντλψ χηανγεδ λιττλε ιν τηε παστ 700 µιλλιον ψεαρσ. Ιφ ονε ωερε το ιµαγινε τηε χοµπλιχατ− εδ νετωορκ οφ ιντεραχτιονσ βετωεεν γενε ρεγυλατορψ προτεινσ ινσιδε αν ορ− γανισµ ασ α ϕιγσαω πυζζλε, τηεν τηε ηο− µολογουσ ⇓ψ ανδ µαµµαλ προτεινσ αρε πιεχεσ τηατ χαν ⇒τ ιν τηε σαµε πλαχεσ. Λοοκινγ ατ τηε ΗΟΜ/Ηοξ σψστεµ ιν τηισ ωαψ αλσο ηιγηλιγητσ ηοω µυχη ωε στιλλ ηαϖε το λεαρν: τηε οτηερ πυζζλε πιεχεσ τηατ εναβλε τηε ΗΟΜ ανδ Ηοξ προτεινσ το ρεγυλατε γενεσ ανδ το ηαϖε α σπεχι⇒χ φυνχτιον ηαϖε ψετ το βε ιδεντι⇒εδ. Ιν α ωαψ, τηεσε εξπεριµεντσ αλσο ηαρκ βαχκ το τηε χλασσιχαλ οβσερϖατιονσ οφ Καρλ Ερνστ ϖον Βαερ, ωηο ιν τηε 1820σ χονχλυδεδ τηατ ιφ ονε εξαµινεδ εαρλψ εµβρψονιχ µορπηολογιεσ, αλλ ϖερ− τεβρατε φορµσ σεεµεδ το χονϖεργε το− ωαρδ α χοµµον δεσιγν. Τηε στορψ, ωηιχη σουνδσ τοο γοοδ το βε τρυε, ισ τηατ ϖον Βαερ χαµε το τηισ επιπηανψ αφ− τερ τηε λαβελσ φελλ ο⇑ σοµε οφ ηισ βοτ− τλεδ σπεχιµενσ οφ εαρλψ εµβρψοσ, ανδ ηε ρεαλιζεδ ωιτη σοµε χηαγριν τηατ ηε χουλδ νοτ βε συρε ωηετηερ τηε εµβρψοσ ωερε λιζαρδσ, βιρδσ ορ µαµµαλσ. Τηε στρυχτυρε ανδ φυνχτιον οφ τηε ΗΟΜ ανδ Ηοξ γενε σψστεµσ συγγεστ τηατ τηισ δε− ϖελοπµενταλ χονϖεργενχε εµβραχεσ τηε εαρλψ δεϖελοπµεντ οφ α γρεατ µανψ ανι− µαλ σπεχιεσ. Βυτ ονλψ ατ τηε λεϖελ οφ µολεχυλαρ παττερν χαν τηε δεϖελοπµεν− ταλ χονϖεργενχε οφ συχη δι⇑ερεντ εµ− βρψοσ βε σεεν. Σοµετιµε βετωεεν 600 µιλλιον ανδ α βιλλιον ψεαρσ αγο, τηε ΗΟΜ/Ηοξ σψστεµ εϖολϖεδ; ιτ ηασ προϖεδ σο υσεφυλ τηατ µανψ ανιµαλσ ηαϖε σινχε ρελιεδ ον ιτσ φυνδαµενταλ αβιλιτιεσ το δετερµινε αξι− αλ ποσιτιον δυρινγ δεϖελοπµεντ. Ισ ιτ τηε ονλψ δεϖελοπµενταλ γενετιχ σψστεµ τηατ ηασ βεεν σο χονσερϖεδ? Τηατ σεεµσ υνλικελψ. Ρεσεαρχηερσ ηαϖε φουνδ ηιντσ τηατ σοµε οτηερ ρεγυλατορψ γενεσ ιν ⇓ιεσ ανδ µιχε αρε ηιγηλψ σιµιλαρ ιν στρυχτυρε ανδ αρε αχτιϖατεδ ιν τηε σαµε ορ ηοµολογουσ τισσυεσ. Εξπλορινγ τηε φυνχτιονσ οφ τηοσε νοϖελ γενεσ, ανδ ηοω τηεψ ιντεραχτ ωιτη τηε ΗΟΜ/Ηοξ σψστεµ, προµισεσ το ρεϖεαλ µανψ µορε φασχινατινγ ινσιγητσ ιντο τηε εϖολυτιον ανδ µεχηανισµ οφ τηε ανχιεντ γενετιχ σψστεµσ τηατ σερϖε ασ τηε µολεχυλαρ αρ− χηιτεχτσ οφ ανιµαλ βοδψ πλανσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΗΟΜΕΟΒΟΞ ΓΕΝΕΣ ΑΝ∆ ΤΗΕ ςΕΡΤΕΒΡΑΤΕ ΒΟ∆Ψ ΠΛΑΝ. Εδδψ Μ. ∆ε Ροβερτισ, Γυιλλερµο Ολιϖερ ανδ Χηριστοπηερ ς. Ε. Ωριγητ ιν Σχιεντιφιχ Αµεριχαν, ςολ. 263, Νο. 1, παγεσ 46∠52; ϑυλψ 1990. ΜΟΥΣΕ ΗΟΞ −2.2 ΣΠΕΧΙΦΙΕΣ ΤΗΟΡΑΧΙΧ ΣΕΓΜΕΝΤΑΛ Ι∆ΕΝΤΙΤΨ ΙΝ ∆ΡΟΣΟΠΗΙΛΑ ΕΜΒΡΨΟΣ ΑΝ∆ ΛΑΡςΑΕ. ϑαρεµα Μαλιχκι, Κλαυσ Σχηυγηαρτ ανδ Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ ιν Χελλ, ςολ. 63, Νο. 5, παγεσ 961∠967; Νοϖεµβερ 30, 1990. ΗΟΜΕΟΒΟΞ ΓΕΝΕΣ ΑΝ∆ ΑΞΙΑΛ ΠΑΤΤΕΡΝ− ΙΝΓ. Ωιλλιαµ ΜχΓιννισ ανδ Ροββ Κρυµ− λαυφ ιν Χελλ, ςολ. 68, Νο. 2, παγεσ 283∠ 302; ϑανυαρψ 24, 1992. ΤΗΕ ΜΑΚΙΝΓ ΟΦ Α ΦΛΨ: ΤΗΕ ΓΕΝΕΤΙΧΣ ΟΦ ΑΝΙΜΑΛ ∆ΕΣΙΓΝ. Πετερ Α. Λαωρενχε. Βλαχκωελλ Σχιεντιφιχ Πυβλιχατιονσ, 1992. ΤΗΕ ΜΟΥΣΕ ΗΟΞ −1.3 ΓΕΝΕ ΙΣ ΦΥΝΧΤΙΟΝ− ΑΛΛΨ ΕΘΥΙςΑΛΕΝΤ ΤΟ ΤΗΕ ∆ΡΟΣΟΠΗΙΛΑ ΣΕΞ ΧΟΜΒΣ ΡΕ∆ΥΧΕ∆ ΓΕΝΕ. ϑ. ϑ. Ζηαο, Ρ. Α. Λαζζαρινι ανδ Λ. Πιχκ ιν Γενεσ ανδ ∆εϖελοπµεντ, ςολ. 7, Νο. 3, παγεσ 343∠ 354; Μαρχη 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΙΝ ΠΙΧΤΥΡΕΣ Ωηεν Ισ Σεεινγ Βελιεϖινγ? Digital technology for manipulating images has subverted the certainty of photographic evidence βψ Ωιλλιαµ ϑ. Μιτχηελλ Τηε Μανιπυλατιον Προχεσσ Τ o create the “angry” image (above, center ) from the original photograph (above, left ), the computer artist first silhouetted the flowers out of the background. Next he cloned foliage from the upper right of the original and used it as a “paintbrush” to stipple greenery that replaces the porch behind the flowers in the original photograph. He softened, or blurred, Bush’s outline and surround, a process called vignetting, and slid them under the silhouet- 68 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ted flowers. All the shrubbery behind the pair was blurred slightly. The artist then silhouetted the rock in front of Thatcher and flipped it. The ferns that conceal the end of the hose in the Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ι ν Σεπτεµβερ 1993 νεωσπαπερσ αρουνδ τηε ωορλδ πυβ− λισηεδ αν αστονισηινγ∇αλµοστ υνβελιεϖαβλε∇πηοτογραπη οφ Ισραελι πριµε µινιστερ Ψιτζηακ Ραβιν σηακινγ ηανδσ ωιτη Παλεστινε Λιβερατιον Οργανιζατιον χηαιρµαν Ψασσερ Αρα− φατ ον τηε Ωηιτε Ηουσε λαων ωηιλε Πρεσιδεντ Βιλλ Χλιντον λοοκεδ ον. Ιν 1988 Λιφε µαγαζινε πυβλισηεδ αν εθυαλλψ στρικ− ινγ πιχτυρε οφ Χηαιρµαν Αραφατ ωαρµλψ γρεετινγ τηεν Πριµε Μινιστερ Ψιτζηακ Σηαµιρ υνδερ τηε αππροϖινγ γαζε οφ Πρεσι− δεντ Ροναλδ Ρεαγαν. Ονε οφ τηεσε ιµαγεσ ρεχορδεδ αν αχτυαλ εϖεντ ανδ προϖιδεδ ρελιαβλε εϖιδενχε τηατ πεαχε ωασ περηαπσ ατ ηανδ ιν τηε Μιδδλε Εαστ. Τηε οτηερ ωασ α χοµπυτερ−µα− νιπυλατεδ χοµποσιτε, α τονγυε−ιν−χηεεκ ⇒χτιον. Συχη φακε πηοτογραπησ χαν νοω βε προδυχεδ βψ υσινγ ωιδελψ αϖαιλαβλε παιντ ανδ ιµαγε−προχεσσινγ σοφτωαρε το ρεαρρανγε, ρεχολορ ανδ οτηερωισε τρανσφορµ τηε ελεµεντσ οφ α σχενε. Τηε σαµε σοφτωαρε χαν χοµβινε φραγµεντσ οφ δι⇑ερ− εντ ιµαγεσ ιντο ονε νεω ιµαγε. Οτηερ σοφτωαρε χαν γενερατε χοµπλετελψ σψντηετιχ πηοτορεαλιστιχ πιχτυρεσ βψ αππλψινγ σο− πηιστιχατεδ περσπεχτιϖε προϕεχτιον ανδ σηαδινγ το διγιταλ µοδελσ οφ τηρεε−διµενσιοναλ σχενεσ∇α τεχηνιθυε χοµµον− λψ εµπλοψεδ το πρεσεντ αρχηιτεχτυραλ προϕεχτσ ανδ το χρεατε Ηολλψωοοδ σπεχιαλ ε⇑εχτσ. Υνλικε δραωινγσ ανδ παιντινγσ, ωηιχη ωε ρεγαρδ ασ ινηερ− εντλψ υντρυστωορτηψ προδυχτσ οφ ηυµαν ιντεντιον, τηεσε φακεσ χαν εασιλψ τριχκ υσ ιντο φαλσε βελιεφσ. Λικε ⇒νγερπριντσ ∆ΙΓΙΤΑΛ ΜΑΝΙΠΥΛΑΤΙΟΝ οφ νεωσ πηοτογραπησ χαν βεχοµε α νοϖελ φορµ οφ σπιν δοχτορινγ. Τωο οφ τηεσε πιχτυρεσ ωερε µα− νιπυλατεδ το συγγεστ δι⇑ερεντ εµοτιονσ. Ωηατ αχτυαλλψ τοοκ πλαχε βετωεεν Γεοργε Βυση ανδ Μαργαρετ Τηατχηερ∇α χηατ, α θυαρρελ ορ αν ιντιµατε ωηισπερ? original had to be duplicated and expanded to give the hose some place to go in the new image. And to the right of Bush’s extended leg is a piece of the wall duplicated from that just to the right of the hose in the original. The new fern softens the transition between the two pieces of wall as well as hiding the hose. In the “intimate whisper” image (above, right ), Bush’s vignetted surround was slid over the leafy shrub between him and Thatcher: Bush replaces bush. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 69 Χυτ−ανδ−Παστε Πηοτοµονταγε Τ raditional cut-and-paste methods transformed a 1923 photograph showing three Soviet farmers (bottom ) into “evidence” that surfaced in July 1991 of the continued imprisonment of three lost fliers in Vietnam (top ). Conventional photomontages, except when they are produced with great care by highly skilled artists, are relatively easy to detect as fakes. This one has many imperfections that give it away. Look closely at the Stalinesque mustaches—especially the one on the left. Do they look fully convincing? Can you detect the handwork? Should we read the sign as a foreshortened rectangle (with the right edge nearer the camera than the left) or as an irregular shape? Is it in front of the figure on the left, or is it behind? What is holding it up? (Note the hand at the top left in the original.) The spatial ambiguities suggest that it was pasted in. Notice the fuzziness and poor tonal quality. This blurring may be deliberate, to conceal some of the imperfections. It also suggests generational loss resulting from rephotographing rather than printing from an original negative. λεφτ ατ τηε σχενε οφ α χριµε ορ λιπστιχκ τραχεσ ον α χολλαρ, τηεψ αππαρεντλψ ρεσυλτ φροµ χαυσαλ ρατηερ τηαν ιντεντιοναλ προ− χεσσεσ ανδ τηερεφορε σεεµ αχχυρατε ανδ δεπενδαβλε εϖι− δενχε οφ ωηατ αχτυαλλψ τοοκ πλαχε. Φακινγ πηοτογραπησ το µανιπυλατε βελιεφ ισ νοτ νεω. Μυλτι− πλε εξποσυρε ανδ πριντινγ, χυττινγ−ανδ−παστινγ ανδ ρετουχη− ινγ ηαϖε φρεθυεντλψ βεεν υσεδ φορ ηοαξεσ ανδ φορ πολιτιχαλ προπαγανδα. Ιν τηε 19τη χεντυρψ, φορ εξαµπλε, σπιριτ πηοτο− γραπησ ωερε προδυχεδ βψ δουβλε εξποσυρε, ανδ ιν τηε Σταλ− ινιστ ερα προπαγανδιστσ αιρβρυσηεδ τηε πολιτιχαλλψ ινχονϖε− νιεντ Τροτσκψ ουτ οφ α φαµουσ πηοτογραπη δεπιχτινγ Λενιν αδδρεσσινγ α χροωδ ον Μαψ 5, 1920. Βυτ διγιταλ ιµαγεσ µακε προδυχτιον οφ πηοτογραπηιχ φαλσεηοοδσ θυιχκερ ανδ εασιερ∇ ανδ οφτεν µυχη µορε δι⇔χυλτ το τραχε. Τηε θυεστιον οφ ηοω το διστινγυιση ϖισυαλ φαχτ φροµ ⇒χτιον ισ βεχοµινγ ινχρεασ− ινγλψ υργεντ ασ ωε ωιτνεσσ τηε εξπλοσιϖε προλιφερατιον οφ διγ− ιταλ−ιµαγινγ τεχηνολογψ. Ωε αρε αππροαχηινγ τηε ποιντ ατ ωηιχη µοστ οφ τηε ιµαγεσ τηατ ωε σεε ιν ουρ δαιλψ λιϖεσ, ανδ τηατ φορµ ουρ υνδερστανδινγ οφ τηε ωορλδ, ωιλλ ηαϖε βεεν διγιταλλψ ρεχορδεδ, τρανσµιττεδ ανδ προχεσσεδ. 70 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Χλοσε ινσπεχτιον οφ τραδιτιοναλ πηοτοµονταγεσ οφτεν ρε− ϖεαλσ χλεαρ πηψσιχαλ εϖιδενχε οφ τηε δοχτορινγ τηατ ηασ τακεν πλαχε [σεε ιλλυστρατιον αβοϖε]. Πριντινγ µασκσ ανδ κνιφε χυτσ µαψ προδυχε ιµπλαυσιβλψ σηαρπ εδγεσ; πενχιλ µαρκσ ανδ παιντ δαβσ µαψ στανδ ουτ αγαινστ συρρουνδινγ γραινψ τεξ− τυρεσ; βλενδσ ανδ ρεχονστρυχτιονσ οφ συρφαχε τεξτυρεσ µαψ βε ιµπερφεχτ; χολορσ µαψ νοτ θυιτε µατχη. Βυτ διγιταλ ιµαγεσ αρε µανιπυλατεδ βψ αλτερινγ πιξελ ϖαλυεσ στορεδ ιν χοµπυτερ µεµορψ ρατηερ τηαν βψ µεχηανιχαλλψ αλτερινγ συρφαχεσ. Τηερεφορε, διγιταλ πηοτοµονταγεσ τψπιχαλλψ σηοω φαρ φεωερ τραχεσ οφ τηε αρτιστ∏σ ηανδ. Φυρτηερµορε, σοφτωαρε φορ προ− δυχινγ διγιταλ χοµποσιτεσ οφτεν σιµπλι⇒εσ τηε αρτιστ∏σ τασκ το συχη αν εξτεντ τηατ ιτ µαψ νο λονγερ τακε µυχη τιµε ορ µυχη χραφτσµανσηιπ. Συχη σοφτωαρε ο⇑ερσ ε⇑εχτιϖε τοολσ φορ τραχινγ ανδ βλενδινγ εδγεσ, µατχηινγ τονεσ ανδ χολορσ ανδ ρεπλιχατινγ τεξτυρεσ. Τηυσ, τηε φαχτ τηατ αν ιµαγε πρεσεντσ α σεαµλεσσ συρφαχε νο λονγερ προϖιδεσ στρονγ γρουνδσ φορ χον− χλυδινγ τηατ ιτ ηασ νοτ βεεν µανιπυλατεδ. Ωε µυστ λοοκ φορ οτηερ κινδσ οφ χλυεσ∇συχη ασ ιντερναλ χονσιστενχψ, δοχυ− µενταβλε προϖενανχε ανδ χονσιστενχψ ωιτη εξιστινγ βελιεφσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ∆ιγιταλ Πηοτοµονταγε ∆ igital photomontage of seven astronauts on the surface of the moon was produced from an original photograph made in 1969 by NASA of a single astronaut, Edwin F. Aldrin, Jr. (bottom ). This montage is of high tech- nical quality; it is carefully contrived to seem spatially consistent, and sophisticated digital technology has eliminated any obvious signs of cutting and pasting. So how can we tell it is a fake? There is an obvious internal inconsistency. Because the composition was produced from scaled-down replicas of the original figure, the reflections in the visors are incorrect. Each shows the image of just one other astronaut, not the several we would expect. There is implausible repetition—good grounds for suspecting the image was produced by replication operations. Is it likely that all the astronauts except one would be holding their left arms in precisely the same position? There are some questionable cast shadows. The artist had to insert these with a digital “paintbrush” and faced the difficult task of making them consistent with the rough terrain. Do those at the back stand up to close, critical inspection? Such flaws and inconsistencies are very obvious once they have been pointed out, but they often go unnoticed at first glance. A skilled forger attempts to anticipate the types of cross-checking that a suspicious viewer will perform, then adjusts the visual evidence accordingly. Φρεεδοµ φροµ ιντερναλ ινχονσιστενχιεσ δοεσ νοτ δεµον− στρατε τηε ϖεραχιτψ οφ αν ιµαγε. Τηε εξιστενχε οφ συχη ⇓αωσ µαψ, ηοωεϖερ, σερϖε το ρεφυτε χλαιµσ τηατ αν ιµαγε ισ α πηο− τογραπηιχ τρανσχριπτιον οφ πηψσιχαλ ρεαλιτψ [σεε ιλλυστρατιον αβοϖε]. Ηερε αρε α φεω οφ τηε µορε οβϖιουσ θυεστιονσ το ασκ ωηεν λοοκινγ φορ ινχονσιστενχιεσ. ∆ο αλλ τηε οβϕεχτσ ιν τηε σχενε σεεµ το βε ιν χορρεχτ περσπεχτιϖε? ∆οεσ τηε περσπεχ− τιϖε φορεσηορτενινγ οφ α συρφαχε σεεµ χονσιστεντ ωιτη τηε σπατιαλ οριεντατιον συγγεστεδ βψ ιτσ σηαδινγ? ∆ο ινδιχατορσ οφ τιµε, συχη ασ χλοχκσ ανδ σηαδοωσ, αλλ σηοω τηε σαµε µο− µεντ οφ εξποσυρε? ∆ο σοµε οβϕεχτσ σεεµ συρπρισινγλψ λιγητ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ορ δαρκ ιν ρελατιον το τηειρ συρρουνδινγσ? Αρε ινσερτεδ οβ− ϕεχτσ βετραψεδ βψ λαχκ οφ σηαδοωσ ορ βψ σηαδοωσ χαστ ατ αν− γλεσ δι⇑ερεντ φροµ τηοσε χαστ βψ οτηερ οβϕεχτσ? Αρε τηερε σηαδοωσ τηατ δο νοτ σεεµ το βε χαστ βψ ανψ οβϕεχτ? Αρε σηαδοωσ ανδ σπεχυλαρ ηιγηλιγητσ χονσιστεντ ωιτη τηε ασ− συµπτιονσ αβουτ λοχατιονσ οφ λιγητ σουρχεσ? ∆ο υνεξπεχτεδ δισχοντινυιτιεσ ιν τηε βαχκγρουνδ οφ τηε σχενε συγγεστ τηατ οβϕεχτσ ηαϖε βεεν δελετεδ φροµ τηε φορεγρουνδ? ∆ο σηινψ συρφαχεσ δισπλαψ τηε εξπεχτεδ ρε⇓εχτιονσ οφ οτηερ παρτσ οφ τηε σχενε? Αρε συρφαχε ιντενσιτιεσ αππροπριατελψ µοδι⇒εδ βψ δι⇑υσε ιντερρε⇓εχτιον ε⇑εχτσ? Αρε τηερε πλαυσιβλε τεξτυρε ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 71 Χρεατινγ τηε Χοϖερ Ιµαγε Φ or base images, the computer artist chose a publicity still of Marilyn Monroe made to promote The SevenYear Itch in 1955 and a formal portrait taken of Abraham Lincoln in 1863 (1 ). To yield a richer final image, he 1 scanned these black-and-white pictures into the computer as if they were in color. Once he had the images digitized, he flipped the Monroe photograph across its vertical axis and silhouetted her out of the background (2 ). In the Lin- 3 2 coln image, he extended the left side of the floor (3 ); the piece shown floating in space was copied and duplicated several times to provide the additional pattern needed. 6 5 surrounding area so that the background could be evened out without affecting them (6). Close-ups (7) show Monroe before and after “noise” was added to degrade her image 8 to match that of the older Lincoln photograph. (The noise function, which is built into the software, adds random pixels.) To provide Monroe with a hand and arm that she 9 COMPUTER ART BY JACK HARRIS/ VISUAL LOGIC 4 Next he filled the wall in roughly (4 ) in preparation for the silhouetted figure of Monroe, which he placed on top of the Lincoln image (5 ). He masked the two figures from the 7 could tuck under Lincoln’s elbow, the artist made a video of his wife holding the arm of his assistant (8), using lighting that simulated that in the original photographs. He 72 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 then froze a frame of the video and captured it in his computer. The video was converted from color to gray scale and composited into the Lincoln-Monroe image (9 ). Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΩΗΙΧΗ ςΕΡΣΙΟΝ ΙΣ Α ΤΡΥΤΗΦΥΛ ∆ΕΠΙΧΤΙΟΝ? Μοστ πεοπλε ηαϖε νο ωαψ το ϕυδγε ωηιχη οφ τηεσε τωο ιµαγεσ προδυχεδ φορ λοω−ρεσολυτιον ϖιδεο πορτραψσ τηε αχτυαλ βυιλδινγ. Νο ιν− τερναλ χλυεσ ρεϖεαλ τηε φακε. Σχηολαρσ οφ Ιταλιαν Ρεναισσανχε αρχηιτεχτυρε, ηοωεϖερ, χαν ιµµεδιατελψ ρεχογνιζε τηατ τηε ϖερσιον ωιτη τηε τοωερ (ριγητ ) ισ Ανδρεα Παλλαδιο∏σ πυβλισηεδ βυτ υνβυιλτ σχηεµε φορ τηε ςιλλα Γοδι, ωηερεασ τηε ϖερσιον ωιτηουτ α τοωερ (λεφτ ) σηοωσ τηε δεσιγν τηατ ωασ αχτυαλλψ χον− στρυχτεδ. Τηε ιµαγε οφ τηε υνβυιλτ προϕεχτ ωασ προδυχεδ βψ σηιφτινγ ωινδοωσ ανδ χηιµνεψσ, εξτενδινγ τηε ναρροω στεπσ ανδ ρεπλιχατινγ φραγµεντσ οφ ωαλλ ανδ ροοφ συρφαχε το δελιν− εατε τηε τοωερ. Ινχρεασινγλψ, ουρ χαπαχιτψ το σορτ ϖισυαλ φαχτσ φροµ φαλσεηοοδσ ωιλλ ρεστ ον ουρ αβιλιτψ το χροσσ−χηεχκ τηε ϖι− συαλ εϖιδενχε αγαινστ εσταβλισηεδ κνοωλεδγε ανδ βελιεφσ. γραδιεντσ ασ συρφαχεσ ρεχεδε? ∆ο γεοµετριχ περσπεχτιϖε (σιζε διµινυτιον ωιτη δεπτη ιντο τηε σχενε) ανδ ατµοσπηεριχ περ− σπεχτιϖε (χολορ σηιφτ ωιτη δεπτη) χονϖεψ τηε σαµε δεπτη ιν− φορµατιον? Ισ τηερε α χονσιστεντ γραδιεντ οφ σηαρπνεσσ φροµ σοµε φοχυσ πλανε? Ιν γενεραλ, τηε µορε ινφορµατιον τηερε ισ ιν αν ιµαγε, τηε µορε δι⇔χυλτ ιτ ισ το χηανγε ωιτηουτ ιντροδυχινγ δετεχταβλε ινχονσιστενχιεσ. Ιτ ισ, φορ εξαµπλε, µυχη εασιερ το αλτερ α φυζ− ζψ, λοω−ρεσολυτιον, διµλψ λιτ, βλαχκ−ανδ−ωηιτε ιµαγε τηαν ιτ ισ το δο τηε σαµε ωιτη α σηαρπ, ηιγη−ρεσολυτιον, φυλλ−χολορ πιχ− τυρε. Α πηοτογραπηιχ µανιπυλατορ, λικε α δισσεµβλερ ωηο ωεαϖεσ α τανγλεδ ωεβ οφ λιεσ ανδ εϖεντυαλλψ τριπσ ηιµσελφ υπ, ρυνσ τηε ρισκ οφ βεινγ χαυγητ ουτ βψ σοµε συβτλε ινχονσισ− τενχψ τηατ σηοωσ υπ ωηεν τηε ϖισυαλ εϖιδενχε ισ χαρεφυλλψ χροσσ−χηεχκεδ. Φυλλψ σψντηετιχ ιµαγεσ προδυχεδ βψ τηρεε−διµενσιοναλ ϖι− συαλιζατιον σοφτωαρε µαψ, ηοωεϖερ, βε φρεε οφ συχη δεφεχτσ. Χαρεφυλλψ µοδελεδ τηρεε−διµενσιοναλ σχενεσ, ρενδερεδ ιν σηαδεδ περσπεχτιϖε βψ ραψ τραχινγ ορ ραδιοσιτψ (ωηιχη χαλχυ− λατε τηε ιντερρε⇓εχτιον οφ λιγητ ωιτηιν α σχενε), χαν σιµυλατε αλλ τηε χοµπλεξ ε⇑εχτσ οφ λιγητ ανδ σηαδε τηατ εϖεν τηε µοστ δεµανδινγ οβσερϖερ εξπεχτσ το σεε. Σοµε ⇒χτιοναλ πηοτο− γραπησ µαψ ρεαδιλψ πασσ τηε ιντερναλ χονσιστενχψ τεστ. Ωε µυστ τηεν τυρν το συχη οτηερ χριτερια ασ τηε προϖε− νανχε οφ τηε πιχτυρε. Βεχαυσε α πηοτογραπη ισ εξποσεδ ατ α σπεχι⇒χ τιµε ανδ πλαχε, ωε χαν αλωαψσ ασκ το ηεαρ τηε στορψ οφ ηοω τηε πηοτογραπηερ χαµε το βε ατ τηατ ϖερψ σποτ ατ τηατ εξαχτ µοµεντ. Φυρτηερµορε, ωε χαν ασκ φορ αν αχχουντ οφ ηοω τηε πιχτυρε συβσεθυεντλψ µαδε ιτσ ωαψ φροµ τηε ποιντ οφ εξποσυρε το ιτσ πρεσεντ λοχατιον. Σοµετιµεσ τηε γενεραλ χρεδιβιλιτψ οφ α σουρχε∇ωηετηερ, φορ εξαµπλε, α πυρπορτεδ πιχτυρε οφ τηε συρφαχε οφ Μαρσ ισ πυβλισηεδ ιν Νατυρε ορ ιν α συπερµαρκετ ταβλοιδ∇χαν στανδ ασ α συρρογατε φορ αν εξπλιχ− ιτ ναρρατιϖε. Τηε προϖενανχε οφ α τραδιτιοναλ πηοτογραπη ισ οφτεν εασψ το τραχε, βεχαυσε εξποσεδ ⇒λµσ, νεγατιϖεσ ανδ πριντσ µυστ βε χαρριεδ πηψσιχαλλψ φροµ πλαχε το πλαχε ανδ βεχαυσε δεϖελ− οπινγ ανδ πριντινγ µυστ βε περφορµεδ ιν συιταβλψ εθυιππεδ δαρκροοµσ. ∆ιγιταλ−ιµαγινγ τεχηνολογψ µακεσ τηισ ϕοβ µυχη τουγηερ: ιτ ελιµινατεσ νεγατιϖεσ, ιτ χαν ρεπλιχατε ⇒λεσ ιν σεχ− ονδσ, ανδ διγιταλ ιµαγεσ χαν βε τρανσµιττεδ ραπιδλψ ανδ ιν− ϖισιβλψ τηρουγη χοµπυτερ ανδ τελεπηονε νετωορκσ. Τηε συβτλεστ χηαλλενγε ισ ποσεδ βψ ιµαγεσ τηατ σηοω νο δετεχταβλε σιγνσ οφ ταµπερινγ ανδ νο οβϖιουσ ιντερναλ ιν− χονσιστενχιεσ ανδ ψετ χοντραδιχτ ουρ εσταβλισηεδ βελιεφσ. Λετ υσ σαψ, φορ εξαµπλε, ωε δο νοτ βελιεϖε Ελϖισ Πρεσλεψ στιλλ λιϖεσ βυτ αρε πρεσεντεδ βψ αν αππαρεντλψ ρεπυταβλε σουρχε ωιτη α σηαρπ, δεταιλεδ πηοτογραπη οφ ηιµ ιν α ρεχογνιζαβλψ χον− τεµποραρψ σεττινγ. Ωε χαν ειτηερ µαινταιν ουρ χον⇒δενχε ιν τηε ρελιαβιλιτψ οφ πριορ εϖιδενχε τηατ Ελϖισ ισ δεαδ ανδ ρεϕεχτ τηε ιµαγε ασ α ϖισυαλ φαλσεηοοδ, ορ ωε χαν αχχεπτ τηε νεω εϖιδενχε βεφορε υσ ανδ χορρεσπονδινγλψ µοδιφψ ουρ βελιεφσ. Συχη ιντελλεχτυαλ ϕυδγµεντσ ωιλλ βε ινχρεασινγλψ χρυχιαλ ανδ ινχρεασινγλψ δι⇔χυλτ το µακε ωιτη χον⇒δενχε ιν α ωορλδ ωηερε χονϖινχινγ ϖισυαλ εϖιδενχε χαν βε φακεδ ωιτη εασε. Φορ α χεντυρψ ανδ α ηαλφ, πηοτογραπηιχ εϖιδενχε ηασ σεεµεδ υνασσαιλαβλψ προβατιϖε. Χηεµιχαλ πηοτογραπηψ∏σ τεµποραρψ στανδαρδιζατιον ανδ σταβιλιζατιον οφ τηε προχεσσ οφ ιµαγε µακινγ ε⇑εχτιϖελψ σερϖεδ τηε πυρποσεσ οφ αν ερα δοµινατεδ βψ σχιενχε, εξπλορατιον ανδ ινδυστριαλιζατιον. Πηο− τογραπησ αππεαρεδ το βε ρελιαβλψ µανυφαχτυρεδ χοµµοδι− τιεσ, ρεαδιλψ διστινγυισηαβλε φροµ οτηερ τψπεσ οφ δεπιχτιονσ. Τηεψ ωερε γενεραλλψ ρεγαρδεδ ασ χαυσαλλψ γενερατεδ, τρυτηφυλ ρεπορτσ αβουτ τηινγσ ιν τηε ρεαλ ωορλδ, υνλικε µορε τραδιτιον− αλλψ ηανδχραφτεδ ιµαγεσ, ωηιχη σεεµεδ νοτοριουσλψ αµβιγυ− ουσ ανδ υνχερταιν ηυµαν χονστρυχτιονσ. Τηε εµεργενχε οφ διγιταλ ιµαγινγ ηασ ιρρεϖοχαβλψ συβϖερτεδ τηεσε χερταιντιεσ, φορχινγ υσ αλλ το αδοπτ α φαρ µορε ωαρψ ανδ ϖιγιλαντ ιντερπρε− τιϖε στανχε. Τηε ινφορµατιον συπερηιγηωαψ ωιλλ βρινγ υσ α γροωινγ ⇓οοδ οφ ϖισυαλ ινφορµατιον ιν διγιταλ φορµατ, βυτ ωε ωιλλ ηαϖε το τακε γρεατ χαρε το σιφτ τηε φαχτσ φροµ τηε ⇒χτιονσ ανδ τηε φαλσεηοοδσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΩΙΛΛΙΑΜ ϑ. ΜΙΤΧΗΕΛΛ ισ αυτηορ οφ Τηε Ρεχον⇒γυρεδ Εψε: ςισυ− αλ Τρυτη ιν τηε Ποστ−Πηοτογραπηιχ Ερα ( ΜΙΤ Πρεσσ, 1992). Ηε ισ προφεσσορ οφ αρχηιτεχτυρε ανδ µεδια αρτσ ανδ σχιενχεσ ανδ δεαν οφ τηε Σχηοολ οφ Αρχηιτεχτυρε ανδ Πλαννινγ ατ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ. Ηισ ρεσεαρχη φοχυσεσ ον χοµπυτατιοναλ τεχηνιθυεσ ανδ διγιταλ µεδια ιν δεσιγν ανδ τηε ϖισυαλ αρτσ. Ηισ πρεϖιουσ πυβλιχατιονσ ινχλυδε Τηε Λογιχ οφ Αρχηιτεχτυρε ( ΜΙΤ Πρεσσ, 1990) ανδ, ωιτη Μαλχολµ ΜχΧυλλουγη, ∆ιγιταλ ∆εσιγν Με− δια ( ςαν Νοστρανδ Ρεινηολδ, 1991). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 73 Λιθυιδ Μιρρορσ Light, liquid-mercury mirrors, which can potentially be made much larger than glass mirrors, may enable astronomers to construct enormous telescopes and see farther than ever before βψ Ερµαννο Φ. Βορρα Φ ορ αλµοστ φουρ χεντυριεσ, ρε⇓εχτ− ινγ τελεσχοπεσ ηαϖε γατηερεδ τηε σηιµµερινγ λιγητ φροµ βιλλιονσ οφ σταρσ ανδ γαλαξιεσ. Τηε οβσερϖατιονσ τηεψ µαδε ποσσιβλε ηαϖε ρεϖεαλεδ α υνιϖερσε ϖαστ ανδ χοµπλεξ. Ιν δοινγ σο, τηεσε ινστρυµεντσ ηαϖε ρεσχαλεδ ουρ ωορλδ ανδ ουρ ιµαγινατιονσ. Ανδ ψετ, φορ αλλ τηειρ συχχεσσ, χλασσιχαλ ρε⇓εχτορ τεχηνολογψ ηασ σοµε σεϖερε λιµιτατιονσ. Ιτ ισ ϖερψ εξπενσιϖε, ανδ οφτεν νεαρλψ ιµποσσιβλε, το γρινδ ανδ πολιση α µασ− σιϖε γλασσ συρφαχε ιντο α περφεχτ παραβ− ολα, τηε ιδεαλ χοντουρ φορ α δεϖιχε τηατ φοχυσεσ παραλλελ ραψσ οφ λιγητ ιντο α σιν− γλε ποιντ. Συχη µιρρορσ χαν δεφορµ δυρινγ τεµπερατυρε χηανγεσ, ανδ βε− ψονδ α χερταιν σιζε τηεψ αρε προνε το βυχκλε υνδερ τηειρ οων ωειγητ. Αστρονοµερσ ανδ οπτιχαλ εξπερτσ ηαϖε τηερεφορε σοµετιµεσ τοψεδ ωιτη αν ολδ, εϖεν βιζαρρε τεχηνολογιχαλ αλτερ− νατιϖε: α µιρρορ µαδε φροµ λιθυιδ. Α λιθυιδ µιρρορ χουλδ νεϖερ σαγ ανδ σο χονχειϖαβλψ χουλδ βε µαδε ασ λαργε ασ πυρποσε ρεθυιρεσ. Μορεοϖερ, χοαξινγ α λιθυιδ ιντο τηε σηαπε οφ α παραβολα ισ τριϖιαλ. Τηε πυλλ οφ γραϖιτατιοναλ ανδ χεντριφυγαλ φορχεσ σηαπεσ τηε συρφαχε οφ α ροτατινγ µασσ οφ ρε⇓εχτινγ λιθυιδ, συχη ασ µερχυρψ, ιντο α περφεχτ παραβο− ΕΡΜΑΝΝΟ Φ. ΒΟΡΡΑ ηασ ωορκεδ το δεϖελοπ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ σινχε εαρλψ 1982, ωηεν ηε βεχαµε ιντερεστεδ ιν χοσµολογψ δυρινγ α σαββατιχαλ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αριζονα. Ηε ρεχειϖεδ α πηψσιχσ δεγρεε ιν 1967 φροµ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Τορινο ιν Ιταλψ ανδ α Πη.∆. ιν ασ− τρονοµψ ιν 1972 φροµ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωεστερν Ονταριο. Φορ τηε νεξτ τωο ψεαρσ, ηε σερϖεδ ασ α Χαρνεγιε ποστδοχτοραλ φελ− λοω ατ τηε Ηαλε Οβσερϖατορψ (νοω τηε Μουντ Ωιλσον, Παλοµαρ ανδ Λασ Χαµ− πανασ οβσερϖατοριεσ). Σινχε 1975 ηε ηασ βεεν ατ Λαϖαλ Υνιϖερσιτψ ιν Θυεβεχ, ωηερε ηε ισ νοω α προφεσσορ οφ πηψσιχσ ανδ α µεµβερ οφ τηε Χεντερ φορ Οπτιχσ, Πηοτονιχσ ανδ Λασερσ. Βορρα ισ α µεµβερ οφ τηε Χαναδιαν Νετωορκ φορ Σπαχε Ρε− σεαρχη ανδ αν ασσοχιατε µεµβερ οφ Μοντ Μγαντιχ Οβσερϖατορψ. 76 λα. Τηισ πηενοµενον, ωηιχη αλσο οχχυρσ ωηεν ψου στιρ ψουρ χο⇑εε, προϖιδεσ α συπερβ οπτιχαλ συρφαχε τηατ νεεδσ νο πολισηινγ. Ασ α ρεσυλτ, λιθυιδ µιρρορσ χουλδ βε φαρ λεσσ εξπενσιϖε τηαν γλασσ µιρρορσ. Τηε ποτεντιαλ ρεδυχτιον ιν χοστ χουλδ ρενδερ λαργε οπτιχσ α⇑ορδαβλε εϖεν φορ τηε αµατευρ αστρονοµερ [σεε Μακινγ α Μιρρορ βψ Σπιννινγ α Λιθυιδ, βψ Μαρκ ∆ραγοϖαν ανδ ∆ον Αλϖαρεζ, Αµατευρ Σχιεντιστ, παγε 116]. Ιν αδδι− τιον, βεχαυσε οπτιχσ αρε σο χεντραλ το µανψ σχιεντι⇒χ µεασυρεµεντσ, λιθυιδ µιρρορσ χουλδ προϖε υσεφυλ ιν µανψ ρε− σεαρχη ⇒ελδσ ανδ ενγινεερινγ ασ ωελλ. Νο ονε κνοωσ ωηο ⇒ρστ χονχειϖεδ οφ α λιθυιδ µιρρορ. Νεωτον ηιµσελφ µαψ ηαϖε οριγινατεδ τηε ιδεα. Τηε γρεατ νατ− υραλ πηιλοσοπηερ υνδερστοοδ τηατ τηε συρφαχε οφ α ροτατινγ βυχκετ οφ ωατερ τακεσ α παραβολιχ σηαπε, ανδ ιτ ωασ ηε ωηο ινϖεντεδ τηε ⇒ρστ ρε⇓εχτινγ τελε− σχοπε. Στιλλ, τηε χονχεπτ ωασ νεϖερ πυρ− συεδ σεριουσλψ υντιλ τηε βεγιννινγ οφ τηισ χεντυρψ, ωηεν Ροβερτ Ωιλλιαµσ Ωοοδ, αν εχχεντριχ πηψσιχιστ ανδ ωριτερ ατ ϑοηνσ Ηοπκινσ Υνιϖερσιτψ, τριεδ το χονστρυχτ α λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπε. Ωοοδ∏σ ιντερεστσ ρανγεδ φροµ ρε− σεαρχηινγ οπτιχσ ανδ σπεχτροσχοπψ το ωριτινγ νονσενσε ϖερσε φορ χηιλδρεν. Ηε αλσο ωροτε ⇒χτιον ανδ χο−αυτηορεδ Τηε Μαν Ωηο Ροχκεδ τηε Εαρτη ωιτη Αρτηυρ Τραιν. Ωοοδ µαψ βε βεστ κνοων ασ τηε µαν ωηο ροχκεδ Φρανχε ιν 1904, βψ δε− νουνχινγ τηε δισχοϖερψ οφ Ν−ραψσ, α φορµ οφ ραδιατιον προ⇑ερεδ βψ Ρεν Βλονδλοτ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Νανχψ. Ατ Ωοοδ∏σ ρεθυεστ, Βλονδλοτ δεµονστρατ− εδ ιν ηισ δαρκενεδ λαβορατορψ ηοω Ν− ραψσ, ωηιχη ηε βελιεϖεδ το βε σιµιλαρ το ξ−ραψσ, χουλδ βε δετεχτεδ ονχε ⇒λτερεδ τηρουγη α πρισµ. Ωοοδ ωασ σκεπτιχαλ ανδ σο σλιππεδ τηε πρισµ, χεντραλ το τηε εξπεριµεντ, ιντο ηισ ποχκετ. Βλονδλοτ διδ νοτ νοτιχε, ανδ νειτηερ διδ ηισ ρε− συλτσ. Τηε ινχιδεντ ωασ ωιδελψ χελεβρατ− εδ ιν τηε Αµεριχαν πρεσσ. Ωοοδ∏σ λιθυιδ µιρρορ, ηοωεϖερ, ρε− χειϖεδ λεσσ αχχλαιµ. Τεχηνιχαλ χηαλλενγ− εσ αωαιτ ανψονε ωηο αττεµπτσ το χον− στρυχτ συχη α δεϖιχε, ανδ Ωοοδ ηαδ λιτ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 τλε λυχκ ιν σολϖινγ τηεµ. Αλτηουγη ηε διδ πηοτογραπη πασσινγ σταρσ, τηε ιµ− αγεσ ωερε βλυρρεδ. Τηε βεαρινγ συππορτ− ινγ ηισ µιρρορ ωασ ιναδεθυατε. Χονσε− θυεντλψ, τηε ροτατιοναλ σπεεδ οφ τηε µερχυρψ ϖαριεδ, χαυσινγ τηε φοχαλ λενγτη το σηιφτ. Μορεοϖερ, ϖιβρατιονσ ανδ δραφτσ µαδε τηε συρφαχε οφ τηε µερχυρψ ριππλε. Ιφ τηατ ωασ νοτ ενουγη, ψετ ανοτηερ µα− ϕορ δι⇔χυλτψ δογγεδ τηε αστρονοµερ: α λιθυιδ µιρρορ χαννοτ βε τιλτεδ ασ χαν α γλασσ µιρρορ το χοµπενσατε φορ τηε ρο− τατιον οφ τηε εαρτη. Ασ α ρεσυλτ, σταρσ ρεγιστερεδ ον ηισ πηοτογραπηιχ ⇒λµ ασ στρεακσ. Ωοοδ δελιγητφυλλψ χηρονιχλεδ αλλ τηεσε προβλεµσ ιν αν αχχουντ, ωριτ− τεν ιν τηε λεισυρελψ µαννερ οφ ηισ τιµε, φορ τηε Αστροπηψσιχαλ ϑουρναλ. Τ ηερε τηε τεχηνολογψ ρεστεδ υντιλ ϑανυαρψ 1982. ∆υρινγ τηατ µοντη, α τεαµ οφ σχιεντιστσ δεµονστρατ− εδ αν εξτραορδιναρψ µετηοδ τηατ οϖερ− χοµεσ τηε τιλτινγ προβλεµ. Αλλ νιγητ ατοπ Μουντ Παλοµαρ, ϑαµεσ Ε. Γυνν ανδ Πετερ Σχηνειδερ οφ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ ανδ Μααρτεν Σχηµιδτ οφ τηε Χαλιφορνια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ συρϖεψεδ α στριπ οφ σκψ τηρουγη τηε Ηαλε ⇒ϖε−µετερ τελε− σχοπε ωηιλε τηε ινστρυµεντ σατ παρκεδ ιν α ⇒ξεδ ποσιτιον. Χηαργε−χουπλεδ δε− ϖιχεσ ( ΧΧ∆σ), σοπηιστιχατεδ σολιδ−στατε λιγητ σενσορσ, εναβλεδ τηε ινϖεστιγατορσ το χαπτυρε αν ιµαγε αχχυρατελψ ωιτηουτ µοϖινγ τηε τελεσχοπε∏σ µιρρορ. Τηε ΧΧ∆ δετεχτορ χοµπενσατεδ φορ τηε εαρτη∏σ ροτατιον βψ µοϖινγ ιτσ λιγητ σενσορσ ελεχτρονιχαλλψ φροµ τηε εαστ το τηε ωεστ, ατ α ρατε µατχηινγ τηε δριφτ οφ ιµαγεσ ιν ϖιεω οφ τηε τελεσχοπε. Τηισ ισ εθυιϖαλεντ το τακινγ α πιχτυρε ωιτη α πηοτογραπηιχ ⇒λµ τηατ µοϖεσ ιν α χαµ− ερα ατ τηε σαµε σπεεδ ασ τηε ιµαγε οφ α µοϖινγ οβϕεχτ. Αν οβϕεχτ χροσσεσ τηε ναρροω ωιδτη οφ τηε δετεχτορ τψπιχαλλψ ιν ονλψ α χουπλε οφ µινυτεσ, λιµιτινγ τηε αµουντ οφ λιγητ τηατ χαν βε γατη− ερεδ. Ασ τηε σαµε ρεγιονσ οφ τηε σκψ αρε οβσερϖεδ νιγητ αφτερ νιγητ, ηοωεϖ− ερ, ιτ ισ ποσσιβλε το χρεατε ινχρεασινγλψ ιντενσε ιµαγεσ βψ διγιταλλψ αδδινγ συβ− σεθυεντ εξποσυρεσ ον α χοµπυτερ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τηε αχηιεϖεµεντ οφ Γυνν, Σχηνειδερ ανδ Σχηµιδτ ρεαωακενεδ µψ οων ιν− τερεστ ιν λιθυιδ µιρρορσ. Ι ηαδ ⇒ρστ λεαρνεδ αβουτ τηεµ ιν ηιγη σχηοολ. Τηε χονχεπτ ηαδ ιντριγυεδ µε, βυτ εϖεν ασ αν αστρονοµερ Ι νεϖερ τηουγητ σεριουσ− λψ αβουτ εµπλοψινγ τηεµ ιν ρεσεαρχη. Ατ τηε τιµε οφ τηε Παλοµαρ ωορκ, Ι ωασ ον σαββατιχαλ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Αρι− ζονα, ωηερε τωο ινϖεστιγατορσ ηοπεδ το τακε αδϖανταγε οφ τηε χαπαβιλιτιεσ οφ ΧΧ∆ ρεχορδερσ. ϑ. Ρογερ Π. Ανγελ ανδ ϑοην ΜχΓραω ωερε πλαννινγ το βυιλδ α νοϖελ τελεσχοπε, νοω ιν ρουτινε οπερα− τιον, το σεαρχη φορ δισταντ συπερνοϖαε. Τηε τελεσχοπε ισ περµανεντλψ ⇒ξεδ, τηυσ ηαϖινγ νο νεεδ φορ αν εξπενσιϖε µοϖαβλε φραµε ανδ δοµε. Βψ τηε τιµε µψ σαββατιχαλ ενδεδ, Ι ρεαλιζεδ τηατ ιφ α ΧΧ∆ χαµερα χουλδ χοµπιλε πρεχισε ιµαγεσ φροµ α ⇒ξεδ γλασσ µιρρορ, τηεν τηε σαµε σηουλδ βε τρυε φορ α λιθυιδ µιρρορ. Οφ χουρσε, συχη πρεχισιον ωουλδ βε ωαστεδ ιφ α λιθυιδ µιρρορ χουλδ νοτ γενερατε α ηιγη−θυαλι− τψ ιµαγε. Σο ωηεν Ι ρετυρνεδ το Λαϖαλ Υνιϖερσιτψ, Ι δετερµινεδ το ⇒νδ ουτ ϕυστ ηοω ωελλ α λιθυιδ µιρρορ χουλδ περ− φορµ. Φιρστ Ι ορδερεδ αν αιρ−λυβριχατεδ βεαρινγ ασ ωελλ ασ αν ελεχτριχ µοτορ. Ουρ σηοπσ βυιλτ αλλ τηε οτηερ χοµπο− νεντσ Ι νεεδεδ το µουντ τηε δεϖιχε. Ωιτηιν α φεω µοντησ Ι εξαµινεδ µψ ⇒ρστ µερχυρψ µιρρορ, 50 χεντιµετερσ ιν διαµετερ, υσινγ τηε κνιφε−εδγε τεστ. Το περφορµ ιτ, ονε βρινγσ α σηαρπ βλαδε το− ωαρδ τηε ρε⇓εχτεδ ιµαγε βεαµ οφ α ποιντ οφ λιγητ. Αν ιδεαλ µιρρορ σηουλδ χαστ αν ιµαγε εθυαλ ιν σιζε το τηε ποιντ σουρχε. Τηε ιµαγε τηεν χαν βε εχλιπσεδ ιν αν ινσταντ ασ τηε τηιν ραζορ εδγε ιν− τερρυπτσ τηε πατη οφ ρε⇓εχτεδ λιγητ. Α βαδ µιρρορ δι⇑υσεσ λιγητ, χρεατινγ α λαργερ ιµαγε τηατ σηινεσ αρουνδ τηε εδγε οφ τηε βλαδε. Τηε τεστ ρεσυλτεδ ιν α χλεαν βλοχκ∇τηε υνµιστακαβλε σιγνα− τυρε οφ α παραβολα. Ι θυιχκλψ βυιλτ α ονε−µετερ µιρρορ το στυδψ τηε λιθυιδ−µερχυρψ τεχηνολογψ µορε τηορουγηλψ. Ι ενλιστεδ τηε ηελπ οφ Λαϖαλ γραδυατε στυδεντσ Ροβιν Αρσε− ναυλτ, νοω ατ τηε ΧΦΗΤ Χορπορατιον ιν Καµυελα, Ηαωαιι, ανδ Μαριο Βεαυχηε− µιν. Φυρτηερ αναλψσισ χον⇒ρµεδ τηατ τηε µιρρορ∏σ συρφαχε ωασ περφεχτλψ παραβολιχ ανδ ρεασοναβλψ σµοοτη. Ιν παρτιχυλαρ, τηε µαχηινερψ συππορτινγ τηε µιρρορ ωασ σο σταβλε τηατ συρφαχε ριππλεσ ωερε τριϖιαλ ανδ τηε φοχαλ λενγτη ωασ στεαδψ. Γιϖεν τηεσε ενχουραγινγ ρεσυλτσ, Ι δε− ΛΙΘΥΙ∆−ΜΙΡΡΟΡ ΤΕΛΕΣΧΟΠΕ ατ τηε Υνι− ϖερσιτψ οφ Ωεστερν Ονταριο∏σ Λιγητ ∆ε− τεχτιον ανδ Ρανγινγ οβσερϖατορψ χολλεχτσ λιγητ αφτερ ατµοσπηεριχ µολεχυλεσ ηαϖε βεεν εξχιτεδ βψ α ποωερφυλ λασερ βεαµ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 77 CENTRIFUGAL ACCELERATION AXIS OF ROTATION GRAVITY NET ACCELERATION LIQUID MERCURY CONTAINER POLYURETHANE TOP SURFACE ΡΟΤΑΤΙΝΓ ΛΙΘΥΙ∆ ΣΥΡΦΑΧΕ ασσυµεσ τηε σηαπε οφ α παραβολα υνδερ τηε χονσταντ πυλλ οφ γραϖιτψ ανδ α χεντριφυγαλ αχχελερατιον, ωηιχη γροωσ στρονγερ ατ διστανχεσ φαρτηερ φροµ τηε χεντραλ αξισ. Τηε παραβολιχ χυρϖε οχχυρσ βεχαυσε α λιθυιδ συρφαχε µυστ αλωαψσ βε λοχαλλψ περπενδιχυλαρ το τηε νετ αχχελερατιον ιτ εξπεριενχεσ, ωηιχη ιν τηισ χασε βεχοµεσ ινχρεασινγλψ στεεπ ωιτη διστανχε φροµ τηε χεντραλ αξισ. χιδεδ το εµβαρκ ον σεριουσ δεϖελοπ− µεντ. Φιρστ ωε ηαδ το βυιλδ α φαχιλιτψ συιταβλε φορ µακινγ εξαχτ οπτιχαλ µεα− συρεµεντσ ανδ συππλψ ιτ ωιτη στατε−οφ− τηε−αρτ εθυιπµεντ. Τηισ πρεπαρατιον τοοκ φαρ µορε τιµε ανδ ενεργψ τηαν τηε αχτυαλ εξπεριµεντσ. Χοντρολ οφ συβτλε οπτιχαλ αλιγνµεντσ, βυιλδινγ ϖιβρατιονσ ανδ αιρ τυρβυλενχε ηαδ το βε χονσιδ− ερεδ δυρινγ χονστρυχτιον. Συχη διστυρ− βανχεσ χουλδ δο γρεατ ηαρµ: δεφεχτσ ασ σµαλλ ασ 1/40 οφ τηε ωαϖελενγτη οφ οπ− τιχαλ λιγητ ον τηε συρφαχε οφ ανψ µιρρορ µυστ βε µινιµιζεδ το αχηιεϖε α ηιγη δεγρεε οφ οπτιχαλ αχχυραχψ. Αφτερ τηε παινστακινγ χονστρυχτιον ωασ χοµπλετεδ, ωε ωερε ρεωαρδεδ ωιτη α σπεχταχυλαρ σιγητ. Τηε εϖεντ ηαπ− πενεδ ιν τηε χουρσε οφ ουρ εαρλψ ωορκ ωιτη α µερχυρψ µιρρορ, 1.5 µετερσ ιν διαµετερ. Στανισλαω Σζαπιελ, νοω ατ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε οφ Οπτιχσ, ηαδ οβ− ταινεδ αν υνρεσολϖεδ ιµαγε οφ αν αρτι− ⇒χιαλ σταρ ον α τελεϖισιον µονιτορ. Ωε µαγνι⇒εδ τηατ ιµαγε τηρουγη α µιχρο− σχοπε λενσ, ανδ το ουρ συρπρισε τηε µονιτορ σηοωεδ α δισκ συρρουνδεδ βψ αλτερνατινγ ρινγσ οφ δαρκνεσσ ανδ διµ λιγητ: τηε ιµαγε λοοκεδ λικε τηε δι⇑ραχ− τιον παττερν οφ τηε µιρρορ! Τηισ σηαδ− ινγ οχχυρσ βεχαυσε εϖεν ωηεν τηε θυαλ− ιτψ οφ αν οπτιχαλ συρφαχε νεαρσ περφεχ− τιον, τηε ωαϖε νατυρε οφ λιγητ ιµποσεσ α φυνδαµενταλ λιµιτατιον. Λιγητ ωαϖεσ ρε− ⇓εχτεδ φροµ τηε µιρρορ οϖερλαπ ανδ ει− τηερ ελιµινατε ορ ρεινφορχε ονε ανοτηερ, µυχη ασ ριππλεσ ον τηε συρφαχε οφ α πονδ χαν γενερατε χοµπλεξ παττερνσ. Α ποιντ οφ λιγητ τηεν αππεαρσ ασ α δισκ συρρουνδεδ βψ σηαδεδ ρινγσ, χορρε− σπονδινγ το τηε χονστρυχτιϖε ορ δε− στρυχτιϖε ιντερπλαψ οφ ρε⇓εχτεδ λιγητ. Ασ 78 α ρεσυλτ, τηε σηαρπνεσσ οφ αν ιµαγε ισ σετ νοτ σο µυχη βψ τηε θυαλιτψ οφ τηε µιρρορ βυτ βψ ιτσ διαµετερ: τηε βροαδερ τηε µιρρορ, τηε σηαρπερ τηε ιµαγε. Ωε ωερε σκεπτιχαλ ατ ⇒ρστ τηατ ωηατ ωε σαω ον τηε µονιτορ ωασ ινδεεδ τηε µιρρορ∏σ σιγνατυρε δι⇑ραχτιον παττερν. Βυτ αφτερ µυχη αργυινγ, χοµπυτινγ ανδ εξπερι− µεντινγ, ωε ηεσιταντλψ∇βυτ ηαππιλψ∇ αχχεπτεδ τηε λικελιηοοδ τηατ ουρ µιρρορ ωασ αλµοστ περφεχτ. Χον⇒ρµατιον οφ τηισ χονχλυσιον ρε− θυιρεδ στιλλ µορε ριγορουσ τεστινγ. Ροβ− ερτ Χοντεντ, τηεν α Λαϖαλ δοχτοραλ χαν− διδατε, συρϖεψεδ τηε 1.5−µετερ µιρρορ εξτενσιϖελψ υσινγ α σχαττερ πλατε ιντερ− φεροµετερ. Τηισ ινστρυµεντ µαπσ τηε χοντουρ οφ α συρφαχε ωιτη ηαιρ−σπλιττινγ πρεχισιον βψ ρεχορδινγ ιντερφερενχε πατ− τερνσ οφ λιγητ. Ωε προχεσσεδ ηυνδρεδσ οφ ιντερφερογραµσ ρεχορδεδ βψ α ΧΧ∆ χαµερα το σατισφψ ουρσελϖεσ τηατ ουρ ρε− συλτσ ωερε ρεπρεσεντατιϖε. Λιθυιδ µιρρορσ αρε µορε χηαλλενγινγ το συρϖεψ τηαν γλασσ µιρρορσ βεχαυσε τηε συρφαχε οφ α λιθυιδ χαν χηανγε σηαπε ραπιδλψ. Τηε µεασυρεµεντσ χαν− νοτ βε αϖεραγεδ τογετηερ, ασ ισ δονε ωιτη γλασσ µιρρορσ, βεχαυσε αϖεραγινγ µινιµιζεσ τηε αβερρατιονσ ιντροδυχεδ βψ αιρ τυρβυλενχε ανδ ϖιβρατιονσ. Ιν τηισ σταγε οφ τεστινγ, ουρ χαρεφυλ πρεπαρα− τιονσ παιδ ο⇑. Τηε ιντερφεροµετρψ υλτι− µατελψ σηοωεδ τηατ α ωελλ−τυνεδ λιθυιδ µιρρορ µαινταινσ α παραβολιχ συρφαχε αχχυρατε το ατ λεαστ 1/30 τηε σιζε οφ α ωαϖε οφ λιγητ, ωηιχη ισ χλοσε το τηε οριγ− ιναλ αχχυραχψ σπεχι⇒εδ φορ τηε Ηυββλε Σπαχε Τελεσχοπε. Αλτηουγη ουρ ινδοορ λαβορατορψ τεστσ δελιϖερεδ ρεσυλτσ φαρ βεττερ τηαν ουρ εξ− πεχτατιονσ φορ τωο ψεαρσ, ωε νεεδεδ το ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 εϖαλυατε ηοω α λιθυιδ µιρρορ ωουλδ βε− ηαϖε ιν αν ουτδοορ σεττινγ, εξποσεδ το τηε ελεµεντσ. Φορ τηισ πυρποσε, ωε βυιλτ αν οβσερϖατορψ ηουσινγ α 1.0−µετερ λιθ− υιδ µιρρορ ιν 1986 ανδ α 1.2−µετερ λιθ− υιδ µιρρορ τηε νεξτ ψεαρ. Στυδεντσ οπ− ερατεδ τηε οβσερϖατορψ φορ 63 χλεαρ νιγητσ, σεαρχηινγ φορ υνχον⇒ρµεδ στελ− λαρ ⇓ασηεσ τηατ ηαδ βεεν πρεϖιουσλψ ρε− πορτεδ ελσεωηερε. Τηε δετεχτορ ωασ α προγραµµαβλε 35−µιλλιµετερ χαµερα τηατ ρεγιστερεδ σταρ τραιλσ λαστινγ νο λονγερ τηαν τωο µινυτεσ. Ωε ηαδ λιττλε δι⇔χυλτψ ασσεµβλινγ τηισ οβσερϖατορψ ατ α ρεασοναβλε χοστ [σεε βοξ ον παγε 80]. Ιν τηε ενδ, τηε εντιρε σετυπ περ− φορµεδ ωελλ. Ωε φουνδ νο ⇓ασηεσ βυτ χονχλυδεδ τηατ ιφ τηεψ εξιστ, τηεψ αρε ραρε. Μορε ιµπορταντ, τηισ ωορκ λεδ το α µιλεστονε πυβλιχατιον, δεσχριβινγ τηε ⇒ρστ συχχεσσφυλ ρεσεαρχη δονε υσινγ α λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπε. Β υτ ωηατ οβσερϖατιονσ χαν βε µαδε ωιτη α τελεσχοπε τηατ χαννοτ βε ποιντεδ ατ ωιλλ, νο µαττερ ηοω εασιλψ βυιλτ, ινεξπενσιϖε ανδ αχχυρατε? Ι µαινταιν τηατ αλµοστ ανψ κινδ οφ σενσ− ινγ ανδ ρεχορδινγ σψστεµ χουλδ βε αδαπτεδ το α ⇒ξεδ τελεσχοπε. Εϖεν ιφ ωε χονσιδερ ονλψ τηε προϖεδ τεχηνιθυε∇ ρεχορδινγ οβσερϖατιονσ υσινγ α ΧΧ∆∇ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ χαν βε εξπεχτ− εδ το αιδ συρϖεψ ωορκ σιγνι⇒χαντλψ. Χοσµολογιστσ, ωηο χηαρτ τηε υνιϖερσε ιν παρτιχυλαρ, σηουλδ βενε⇒τ. Τηεψ µυστ οβσερϖε εξτρεµελψ φαιντ οβϕεχτσ ιν τηειρ ρεσεαρχη ανδ τηερεφορε νεεδ χονσιδερ− αβλε τιµε οβσερϖινγ ωιτη λαργε τελε− σχοπεσ. Βεχαυσε χονϖεντιοναλ γλασσ−µιρ− ρορ τελεσχοπεσ αρε σο χοστλψ, νο ινδιϖιδ− υαλ σχιεντιστ χαν οβταιν τηισ κινδ οφ αχχεσσ. Τηε δεµανδ ον σιζαβλε τελε− σχοπεσ ισ σο γρεατ τηατ εϖεν χολλαβο− ρατιϖε τεαµσ σεχυρε ατ µοστ α δοζεν νιγητσ α ψεαρ φορ α παρτιχυλαρ προϕεχτ. Χονσεθυεντλψ, ιτ τακεσ ψεαρσ το χοµ− πλετε τηεσε συρϖεψσ. Ινεξπενσιϖε λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ χουλδ βε µαδε αϖαιλαβλε το χοσµολο− γιστσ µορε οφτεν τηαν γλασσ−µιρρορ τελε− σχοπεσ. Τηισ αφφορδαβλε τεχηνολογψ χουλδ σπεεδ τηε ρατε οφ προγρεσσ ιν µανψ σπεχιαλιζεδ υνδερτακινγσ, ρανγ− ινγ φροµ τηε σεαρχη φορ δισταντ συπερ− νοϖαε ανδ θυασαρσ το τηε στυδψ οφ τηε εϖολυτιον ανδ τοπολογψ οφ τηε υνιϖερσε. Αλρεαδψ Παυλ Ηιχκσον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βριτιση Χολυµβια, ιν α ϕοιντ προϕεχτ ωιτη Λαϖαλ, ηασ βυιλτ α 2.7−µετερ λιθυιδ− µιρρορ τελεσχοπε το χαρρψ ουτ σπεχτρο− σχοπιχ συρϖεψσ. Τηε δεϖιχε υσεσ α ΧΧ∆ ρεχορδερ ανδ ιντερφερενχε ⇒λτερσ. Ιτ σαω ⇒ρστ λιγητ ιν λατε 1992. Ανδρεω Ε. Ποτ− τερ, ϑρ., οφ τηε Νατιοναλ Αεροναυτιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον ανδ Τερρψ Βψερσ οφ Λοχκηεεδ Χορπορατιον ηαϖε βυιλτ α λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπε τηρεε µετερσ ιν Copyright 1994 Scientific American, Inc. διαµετερ το σεαρχη φορ σπαχε δεβρισ ασ σµαλλ ασ ηαλφ αν ινχη. Συχη δετριτυσ χαν τηρεατεν σατελλιτεσ, σπαχεχραφτσ ανδ σπαχε στατιονσ. Τηισ νεω τεχηνολογψ ο⇑ερσ ιντερεστ− ινγ προπερτιεσ ιν αδδιτιον το λαργε σιζ− εσ: ηιγη συρφαχε θυαλιτψ, λοω−σχαττερινγ, ϖερψ φαστ απερτυρεσ ανδ α ϖαριαβλε φοχυσ τηατ χαν βε χοντρολλεδ ωιτη ⇒νε πρεχι− σιον. Ασ α ρεσυλτ, λιθυιδ µιρρορσ χαν εν− ηανχε ρεσεαρχη ιν µανψ ⇒ελδσ οφ σχι− ενχε. Ωε ηαϖε ωορκεδ ωιτη α γρουπ λεδ βψ Ροβερτ ϑ. Σιχα οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωεστερν Ονταριο το υσε α λιθυιδ µιρρορ ασ τηε ρεχειϖερ φορ α Λιγητ ∆ετεχτιον ανδ Ρανγινγ ( ΛΙ∆ΑΡ ) σψστεµ. Συχη ιν− στρυµεντσ µονιτορ τηε ατµοσπηερε φροµ 30 το 110 κιλοµετερσ αβοϖε τηε εαρτη. Φιρστ τηε δεϖιχε ⇒ρεσ α ποωερφυλ λασερ βεαµ ιντο τηε σκψ το εξχιτε ατµοσπηεριχ µολεχυλεσ. Τηεσε µολεχυλεσ τηεν εµιτ λιγητ, τηε ιντενσιτψ ανδ ωαϖελενγτη οφ ωηιχη αρε ινδιχατιϖε οφ δενσιτψ ανδ τεµπερατυρε χονδιτιονσ ατ τηειρ λοχατιον. Τηε ρεχειϖερ χολ− λεχτσ τηε τελλταλε λιγητ φορ ιντερ− πρετατιον. Τηε λιγητ−γατηερινγ ποωερ οφ τηε 2.65−µετερ µερχυρψ µιρρορ ωε βυιλτ φορ τηισ σψστεµ πλαχεσ ιτ αµονγ τηε ωορλδ∏σ µοστ σενσιτιϖε ατµοσπηεριχ ρεχορδερσ. Φλυιδ µιρρορσ χαν αλσο σερϖε ασ ινεξπενσιϖε ρεφερενχε συρφαχεσ ιν οπτιχαλ−σηοπ τεστσ βεχαυσε τηειρ παραβολιχ σηαπε ισ σο αχχυρατε. Ιν τηε µοστ οριγιναλ αππλιχατιον οφ λιθυιδ µιρρορσ σο φαρ, Νατηαλιε Νι− νανε οφ τηε Σπαχε Χεντερ ιν Λιγε ισ µακινγ α ηολογραµ οφ α 1.4− µετερ µερχυρψ µιρρορ. Ωηεν τηε ηολογραµ ισ ρειλλυµινατεδ, ιτ ωιλλ γενερατε αν ιµαγε τηατ χαν βε υσεδ ασ α γυιδε φορ πολισηινγ τηε συρφαχε οφ α γλασσ µιρρορ ιντο α περφεχτ παραβολα. φαχε οφ α ροτατινγ λιθυιδ, µοϖεσ ον α ρο− τατινγ φραµε οφ ρεφερενχε, συχη ασ τηε εαρτη. Ηιχκσον ανδ Βραδ Κ. Γιβσον, αλσο ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Βριτιση Χολυµβια, ανδ, ινδεπενδεντλψ, Ι ηαϖε δονε χαλχυ− λατιονσ σηοωινγ τηατ τηισ προβλεµ σηουλδ νοτ βε σεριουσ. Αλλ τηε σαµε, ουρ εαρλψ οβσερϖατιονσ ινδιχατεδ τηατ ωινδ δοεσ χρεατε σιγνι⇒χαντ διστυρβανχεσ. Αλτηουγη α σηελτερ χαν ισολατε α λιθυιδ µιρρορ φροµ ουτσιδε δραφτσ, τηε ωινδ γενερατεδ βψ ιτσ οων ροτατιον ωιλλ προβ− αβλψ σετ τηε υλτιµατε σιζε λιµιτ. Τηε ουτερ ρεγιονσ οφ α λαργε µιρρορ µοϖε φαστερ τηαν τηοσε οφ α σµαλλερ µιρρορ∇ µυχη ασ ον α µερρψ−γο−ρουνδ α ηορσε νεαρ τηε εδγε µοϖεσ φαστερ τηαν ονε νεαρ τηε χεντερ. Τηισ γρεατερ σπεεδ ωιλλ γενερατε µορε λοχαλ αιρ τυρβυλενχε. Φορτυνατελψ, τηερε αρε σεϖεραλ ταχκσ ωε χαν τακε το µινιµιζε συρφαχε σωαση: τηε υσε οφ τηιν µερχυρψ λαψερσ δαµπσ συχη διστυρβανχεσ θυιτε ωελλ. Φλοατινγ α σινγλε λαψερ οφ οργανιχ µολεχυλεσ, συχη ασ οιλσ, αβοϖε τηε µερχυρψ χαν αλσο δε− χρεασε ωινδ−δριϖεν ωαϖεσ. Α γυαραντεεδ σολυτιον ινϖολϖεσ πλαχινγ α πλαστιχ ⇒λµ αβοϖε τηε ροτατινγ λιθυιδ. Αφτερ τεστινγ α ϖαριετψ οφ µατεριαλσ, ωε φουνδ τηατ τηιν, τουγη Μψλαρ ⇒λµσ προτεχτ τηε µιρ− ρορ∏σ συρφαχε ανδ δο νοτ διστορτ λιγητ. Οτηερ ιµπροϖεµεντσ χαν βε µαδε. Βεχαυσε µερχυρψ ισ ηεαϖψ, ρεπλαχινγ ιτ ωιτη α λιγητερ λιθυιδ ωουλδ προϖε αδϖαν− ταγεουσ: τηε λιγητερ µιρρορ χουλδ τηεν ρεστ ον α λεσσ εξπενσιϖε βεαρινγ ανδ χονταινερ. Ωε ηαϖε τηερεφορε βεγυν εξπεριµεντσ ον γαλλιυµ, α λιγητερ λιθυιδ µεταλ τηαν µερχυρψ. Τηε ρεσυλτσ ηαϖε βεεν ενχουραγινγ. Αλτηουγη γαλ− λιυµ σολιδι⇒εσ ατ 30 δεγρεεσ Χελ− σιυσ, τηε µατεριαλ ισ εασψ το συ− περχοολ. Τηισ προχεσσ κεεπσ α συβστανχε ιν α λιθυιδ στατε βελοω τηε τεµπερατυρε ατ ωηιχη ιτ νορ− µαλλψ σολιδι⇒εσ. Τωο Λαϖαλ γραδ− υατε στυδεντσ, ϑοην Γαυϖιν ανδ Γιλβερτο Μορεττο, ηαϖε συπερ− χοολεδ γαλλιυµ σαµπλεσ το ∠30 δεγρεεσ Χ βψ εξποσινγ τηεµ το τηε χολδ Θυεβεχ ωιντερ. Τηεψ ϖερι⇒εδ τηατ τηε σαµπλεσ ρε− µαινεδ σταβλε ασ α λιθυιδ φορ σεϖ− εραλ ωεεκσ, σολιδιφψινγ ονλψ αφτερ τηε τεµπερατυρε δροππεδ βελοω ∠30 δεγρεεσ Χ. Γαυϖιν µαδε α γαλλιυµ αλλοψ µιρρορ, 0.5 µετερ ιν διαµετερ, ωηιχη περφορµεδ ρεα− σοναβλψ ωελλ. Ι Τ ηε προσπεχτ οφ βυιλδινγ µιρρορσ ωιτη γιγαντιχ δι− αµετερσ, περηαπσ λαργερ τηαν 30 µετερσ, µοτιϖατεδ µε ινιτιαλλψ. Ηοω λαργε χαν ωε ρεαλλψ µακε τηεµ? Τηισ ωε ωιλλ κνοω ονλψ βψ τρψινγ το βυιλδ µιρρορσ οφ ινχρεασινγ βρεαδτη. Βυτ τηε ρελα− τιϖε εασε ωε εξπεριενχεδ µακινγ α 2.7−µετερ µιρρορ ατ λοω χοστ ισ α γοοδ οµεν. Στιλλ, σεϖεραλ φαχ− τορσ µαψ εϖεντυαλλψ λιµιτ σιζε. Τηε χυρϖατυρε οφ τηε εαρτη ιν− τροδυχεσ α µινορ φοχυσ χηανγε, βυτ τηισ χαν εασιλψ βε χορρεχτεδ. Τηερε ισ ονε ωορρισοµε γεοπηψσ− ιχαλ φαχτορ, ηοωεϖερ∇τηε Χοριολισ ε⇑εχτ, ωηιχη γιϖεσ αιρ µασσεσ µοϖινγ αχροσσ τηε γλοβε α σπιραλ αππεαρανχε. Τηισ ε⇑εχτ οχχυρσ ωηεν αν οβϕεχτ, συχη ασ τηε συρ− ΤΕΣΤ ΡΕΣΥΛΤΣ ηαϖε σηοων τηατ λιθυιδ µιρρορσ προ− ϖιδε συπερβ οπτιχαλ συρφαχεσ. Τηε ιντερφερογραµ (τοπ) ωασ οβταινεδ φροµ α λιθυιδ µιρρορ 2.5 µετερσ ιν δι− αµετερ. Χοµπυτερ αναλψσισ οφ τηισ ρεχορδινγ γιϖεσ α φαλσε−χολορ ρενδερινγ τηατ σηοωσ τηε συρφαχε χοντουρ οφ τηε 2.5−µετερ λιθυιδ µιρρορ (µιδδλε ). Τηε στελλαρ τραιλσ (βοττοµ ) ωερε οβσερϖεδ ιν 1987 υσινγ α 1.2− µετερ λιθυιδ µιρρορ ανδ α πηοτογραπηιχ χαµερα. Copyright 1994 Scientific American, Inc. µπροϖεµεντσ ιν οπτιχαλ χορ− ρεχτινγ δεϖιχεσ ωιλλ αλσο µακε λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ µορε υσεφυλ βψ ινχρεασινγ τηε ρεγιον οφ σκψ φροµ ωηιχη τηεψ χαν γατηερ λιγητ. Ιν ρε⇓εχτιονσ φροµ α παρα− βολιχ µιρρορ, ονλψ τηοσε δισταντ, ποιντλικε οβϕεχτσ τηατ αρε πλαχεδ διρεχτλψ οϖερ τηε παραβολα∏σ χεν− τερ αρε φοχυσεδ το α σινγλε ποιντ. Ιµαγεσ οφ τηοσε ποιντσ τηατ λιε ο⇑ τηισ χεντραλ αξισ αππεαρ ασ σποτσ τηατ γροω λαργερ ιν ρελατιον το τηειρ διστανχε φροµ τηε αξισ, γιϖινγ βλυρρεδ πιχτυρεσ. Τηεσε διστορτιονσ, ωηιχη οχχυρ ιν ανψ τελεσχοπε, αρε µινιµιζεδ βψ αυξ− ιλιαρψ οπτιχαλ δεϖιχεσ. Συχη αππα− ρατυσεσ χονσιστ οφ χοορδινατεδ λενσεσ ορ µιρρορσ τηατ πυλλ στραψ− ινγ βεαµσ οφ ρε⇓εχτεδ λιγητ ιν λινε. Ιν δοινγ σο, τηεψ ελιµινατε µανψ ερρορσ φροµ τηε ⇒ναλ ιµ− αγε. Α τψπιχαλ αρρανγεµεντ οφ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 79 τηεσε γυιδεσ αλλοωσ φορ τρυε πιχτυρεσ οϖερ α ονε−δεγρεε ⇒ελδ, ορ τωιχε τηε απ− παρεντ διαµετερ οφ τηε µοον. Βψ πλαχ− ινγ τελεσχοπεσ ατ ϖαριουσ λατιτυδεσ ιν ορδερ το σαµπλε δι⇑ερεντ ρεγιονσ οφ τηε σκψ, τηισ ϖιεωινγ ρεγιον χαν βε βροαδενεδ. Ιτ ωουλδ βε µορε ε⇔χιεντ ανδ φαρ λεσσ χοστλψ, ηοωεϖερ, το δεϖελοπ ιµπροϖεδ χορρεχτινγ δεϖιχεσ σο τηατ ονε τελεσχοπε µιγητ ηαϖε α λαργερ ⇒ελδ οφ ϖιεω. Φορ τηισ ρεασον, Ηαρϖεψ Ρ. Ριχηαρδ− σον οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ ςιχτορια ανδ Χηριστοπηερ Λ. Μορβεψ οφ τηε Ηερζβεργ Ινστιτυτε οφ Αστροπηψσιχσ ιν ςιχτορια ηαϖε δεσιγνεδ α χορρεχτορ ον α χοµ− πυτερ το χουντεραχτ τηε σπεχι⇒χ ερρορσ οχχυρρινγ ιν λιθυιδ−µιρρορ ρε⇓εχτιονσ. Τηε ινστρυµεντ ισ σοµεωηατ χυµβερ− σοµε βεχαυσε ιτ ρελιεσ ον χηορεογραπη− ινγ τηε µοϖεµεντ οφ τηρεε ινδιϖιδυαλ µιρρορσ. Στιλλ, τηισ χορρεχτορ εναβλεσ λιθ− υιδ µιρρορσ το προδυχε εξχελλεντ ιµ− αγεσ οφ λιγητ τραϖελινγ τοωαρδ τηε µιρ− Λιθυιδ−Μιρρορ Τελεσχοπεσ ατ Ωορκ Α mirror, three meters in diameter, made recently by the National Aeronautics and Space Administration (bottom left ) will search for space debris. The diagram (top ) shows how the mirror works. The mirror and bearing rest on a three-point mount; the axis of rotation is aligned vertically using two adjustable screws. A synchronous electric motor, connected by pulleys and a belt, drives the turntable under the mirror’s container. An AC power supply, stabilized with a crystal oscillator, controls the motor. A solid parabola made from a polyurethane resin is spincast over the basic container. After this plastic parabola has hardened, liquid mercury can be poured into the basin. Such simple designs make liquid mirrors relatively affordable and easy to construct. The rudimentary observatory (bottom right ), built at Laval University in 1987, supported the first astronomical research performed using a liquid mirror. A mirror 2.7 meters in diameter would cost approximately U.S.$15,000 to assemble. CONTAINER AC POWER SUPPLY AIR BEARING COMPRESSOR 80 REGULATOR ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 BELT THREE-POINT MOUNT SYNCHRONOUS MOTOR Copyright 1994 Scientific American, Inc. ρορ ατ αν ανγλε 7.5 δεγρεεσ αωαψ φροµ τηε χεντραλ αξισ. Ινδεεδ, τηισ πιονεερινγ ωορκ σηοωσ τηατ ιτ ισ ποσσιβλε το χορ− ρεχτ τηε σεϖερε αβερρατιονσ ιντροδυχεδ ωηεν λιγητ ισ ρε⇓εχτεδ ατ α σηαρπ ανγλε φροµ α ⇓υιδ παραβολιχ συρφαχε. Οπτιµιζεδ χορρεχτορσ φαχε φεω λιµιτα− τιονσ ιν τηεορψ. Τηεψ σηουλδ γιϖε λιθ− υιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ αχχεσσ το µυχη οφ τηε ϖισιβλε σκψ, αλβειτ οϖερ ναρροω ⇒ελδσ οφ ϖιεω, ϖαλυαβλε φορ σπεχτροσχο− πψ ορ ϖερψ ηιγη ρεσολυτιον ιµαγερψ. Ον τηε πραχτιχαλ σιδε, Μιν Ωανγ, Γιλβερτο Μορεττο ανδ Ι, ιν χολλαβορατιον ωιτη Γεραρδ Λεµατρε οφ τηε Μαρσειλλεσ Οβ− σερϖατορψ, αρε εξπλορινγ νοϖελ αδαπτα− τιονσ οφ χονϖεντιοναλ χορρεχτιϖε µιρ− ρορσ. Τηισ οπτιχαλ τεχηνολογψ, πιονεερεδ βψ Λεµατρε, ισ βασεδ ον ωαρπινγ µιρ− ρορσ ιντο χοµπλεξ σηαπεσ χαπαβλε οφ ρε− µοϖινγ ρε⇓εχτιϖε ερρορσ. Ρεχεντλψ Ωανγ, Μορεττο ανδ Ι ηαϖε δεσιγνεδ ον α χοµ− πυτερ συχη α ηιγη−περφορµανχε χορρεχ− τορ τηατ υσεσ τωο αυξιλιαρψ µιρρορσ. Ιτ χαν γιϖε εξχελλεντ ιµαγεσ ιν ρεγιονσ οφ τηε σκψ λοχατεδ ασ µυχη ασ 22.5 δε− γρεεσ αωαψ φροµ τηε χεντραλ αξισ. Α ηολογραπηιχ δεϖιχε χουλδ ατ λεαστ ιν τηεορψ σερϖε ασ τηε περφεχτ µεδιατορ, ρεχονχιλινγ τηε δι⇑ερ− ενχεσ βετωεεν ρε⇓εχτεδ λιγητ ανδ ιτσ οριγιναλ σουρχε. Α πρερεχορδεδ ηολο− γραµ χουλδ βε χαστ ιν τηε πατη οφ ρε− ⇓εχτεδ λιγητ. Ασ λιγητ πασσεδ τηρουγη τηε ηολογραµ, ιτ ωουλδ ⇒λτερ ουτ πρε− διχταβλε ερρορσ. Μοσαιχσ οφ χοµπυτερ− γενερατεδ ηολογραµσ χουλδ χοµπεν− σατε φορ αβερρατιονσ τηατ οχχυρ ασ λιγητ τραϖελσ γρεατ διστανχεσ φροµ τηε ζενιτη, οϖερ λαργε ⇒ελδσ οφ ϖιεω. Ατ Λαϖαλ, Γυψ− λαιν Λεµελιν, Ρογερ Α. Λεσσαρδ ανδ Ι αρε εξπλορινγ τηε προµισε οφ ηολογραπηιχ χορρεχτορσ. Υνφορτυνατελψ, ωε ⇒νδ τηατ πραχτιχαλ ϖερσιονσ οφ τηεσε ινστρυµεντσ µυστ αωαιτ τεχηνολογιχαλ αδϖανχεσ τηατ ωε αρε ονλψ βεγιννινγ το γλιµπσε. Ι αµ οφτεν ασκεδ ιφ α λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπε χουλδ βε πλαχεδ ιν σπαχε. Τηε ποσσιβιλιτψ ισ ιντριγυινγ βεχαυσε λιθυιδ µιρρορσ ο⇑ερ εξχελλεντ οπτιχαλ θυαλιτιεσ, λοω µασσεσ ανδ σιµπλε παχκαγινγ. ∆ε− σπιτε ινηοσπιταβλε τεµπερατυρεσ, τηε µοον χουλδ χερταινλψ ηοστ α λιθυιδ−µιρ− ρορ τελεσχοπε. Μιρρορσ µαδε φροµ λιγητ γαλλιυµ αλλοψσ, ορ περηαπσ εϖεν λιγητερ αλκαλι αλλοψσ, ωουλδ ρεµαιν λιθυιδ ιν λυ− ναρ τελεσχοπεσ βεχαυσε συχη αλλοψσ ηαϖε λοω µελτινγ τεµπερατυρεσ. Υντιλ ρεχεντ− λψ, τηουγη, Ι τηουγητ πλαχινγ α λιθυιδ− µιρρορ τελεσχοπε ιν ορβιτ ωουλδ βε ιµ− ποσσιβλε. Γραϖιτψ συππλιεσ τηε νεχεσσαρψ αχχελερατιον το φορµ α παραβολα ον τηε εαρτη ορ τηε µοον; αν ορβιτινγ τελε− σχοπε φρεε−φαλλσ ανδ τηυσ ισ νοτ α⇑εχτεδ βψ γραϖιτψ. Υσινγ αν ενγινε φορ αχχελερ− ατιον ωουλδ βε ιµπραχτιχαλ βεχαυσε τηε ενγινε ωουλδ εϖεντυαλλψ ρυν ουτ οφ φυελ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΛΙΘΥΙ∆ ΜΙΡΡΟΡ, τενδεδ βψ γραδυατε στυδεντ Λυχ Γιραρδ, αχτσ ασ τηε ρεχειϖερ φορ αν ατµοσπηεριχ µονιτορ. Τηε 2.7−µετερ µιρρορ ισ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Ωεστερν Ονταριο. Τηε ποτεντιαλ οφ σολαρ σαιλ∠ποωερεδ χραφτσ ηασ χηανγεδ µψ µινδ. Ιν 1992, Ι πυβλισηεδ αν αρτιχλε ιν τηε Αστροπηψσιχαλ ϑουρναλ τηατ εξαµινεσ τηε πλαυσιβιλιτψ οφ υσινγ σολαρ σαιλσ το προπελ α λιθυιδ− µιρρορ τελεσχοπε ιν ορβιτ. Ουρ συν συπ− πλιεσ αν ινεξηαυστιβλε σουρχε οφ ενεργψ τηατ α σολαρ σαιλ χουλδ ηαρνεσσ το αχχελ− ερατε α λιθυιδ συρφαχε ιντο α παραβολα. Αλτηουγη τηισ χονχεπτ µαψ αππεαρ το βελονγ µορε το σχιενχε ⇒χτιον τηαν το σχιενχε, ιτ ρεστσ ον ρεασοναβλε ασσυµπ− τιονσ. Νο σολαρ σαιλ∠ποωερεδ χραφτ ηασ εϖερ βεεν λαυνχηεδ συχχεσσφυλλψ, βυτ α στυδψ χαρριεδ ουτ βψ ΝΑΣΑ ιν τηε λατε 1970σ σηοωεδ τηατ σολαρ σαιλ∠ποωερεδ χραφτσ αρε φεασιβλε. Α µιρρορ αχχελερατεδ βψ σολαρ σαιλσ ωουλδ νοτ γαιν µοµεντυµ ανδ λεαϖε τηε σολαρ σψστεµ, προϖιδεδ τηε ϖεσσελ τραϖελεδ µορε σλοωλψ τηαν ιτσ προπερ ορβιταλ σπεεδ. Τηε σολαρ σαιλ ωουλδ τηεν χουντεραχτ ϕυστ ενουγη γραϖιτατιοναλ πυλλ το κεεπ τηε τελεσχοπε ιν ορβιτ. Ιτ χουλδ ποσσιβλψ ρεπλαχε αλλ γραϖιτατιον, ψιελδινγ α στατιοναρψ ινστρυµεντ χαπα− βλε οφ λονγ ιντεγρατιον τιµεσ. Χολιν ΜχΙννεσ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Γλασγοω ηασ σηοων τηατ χραφτσ ριγγεδ το σολαρ σαιλσ χουλδ ναϖιγατε τηρουγη α ριχη ϖαρι− ετψ οφ πατησ ανδ σωιτχη ορβιτσ µιδ− χουρσε. Ιν τηισ χασε, αν ορβιτινγ λιθυιδ− µιρρορ τελεσχοπε χουλδ βε ποιντεδ λικε α χονϖεντιοναλ, γλασσ−µιρρορ τελεσχοπε. Ι ηαϖε φεαρλεσσλψ χονσιδερεδ πλαχινγ µιρρορσ ηαϖινγ διαµετερσ ασ ϖαστ ασ ονε κιλοµετερ ιν σπαχε. Ιτ ισ σταγγερινγ το ιµαγινε ωηατ σχιεντιστσ χουλδ δισχοϖερ ωιτη συχη γιγαντιχ µιρρορσ. Ιν τηε ϑυνε 1987 ισσυε οφ Πηψσιχσ Το− δαψ, ασσοχιατε εδιτορ Περ Η. Ανδερσεν ωροτε α νεωσ νοτε εντιτλεδ : Ωιλλ Φυ− τυρε Αστρονοµερσ Οβσερϖε ωιτη Λιθυιδ Μιρρορσ? Νοω, νεαρλψ σεϖεν ψεαρσ λατερ, α ηανδφυλ οφ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ ηαϖε βεεν βυιλτ φορ ρεσεαρχη πυρποσεσ. Τηε νεξτ θυεστιον ισ ηοω µανψ ασ− τρονοµερσ ωιλλ µακε οβσερϖατιονσ υσ− ινγ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ. Ονλψ τηε φυτυρε κνοωσ, βυτ ατ τηε ϖερψ λεαστ, Ι εξ− πεχτ τηατ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ ωιλλ περφορµ σπεχιαλιζεδ αστρονοµιχαλ τασκσ συχη ασ συρϖεψσ. Ατ τηε οτηερ εξτρεµε, Ι δρεαµ τηατ ονε δαψ λιθυιδ−µιρρορ τελε− σχοπεσ ωιλλ συππορτ µοστ αστρονοµιχαλ ρεσεαρχη, ρελεγατινγ τιλταβλε τελεσχοπεσ το σπεχιαλιζεδ νιχηεσ. Τηατ µαψ σεεµ πρεποστερουσ, βυτ Ι βελιεϖε τηε σιµπλιχ− ιτψ ανδ χοστ οφ λιθυιδ−µιρρορ τελεσχοπεσ ωιλλ βε περσυασιϖε. Ιν τηε µεαντιµε, αµατευρ αστρονοµερσ, ενγινεερσ ανδ αλλ σχιεντιστσ αλικε σηουλδ βε αωαρε οφ τηε χαπαβιλιτιεσ οφ λιθυιδ µιρρορσ. Τηεψ µαψ ψετ ρεϖεαλ γρεατερ ωονδερσ τηαν διδ Λεωισ Χαρρολλ∏σ λοοκινγ γλασσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΛΙΘΥΙ∆ ΜΙΡΡΟΡ ΤΕΛΕΣΧΟΠΕΣ: ΗΙΣΤΟΡΨ. Β. Κ. Γιβσον ιν ϑουρναλ οφ τηε Ροψαλ Ασ− τρονοµιχαλ Σοχιετψ οφ Χαναδα, ςολ. 85, Νο. 4, παγεσ 158∠171; Αυγυστ 1991. ΤΗΕ ΧΑΣΕ ΦΟΡ ΛΙΘΥΙ∆ ΜΙΡΡΟΡΣ ΙΝ ΟΡΒΙΤ− ΙΝΓ ΤΕΛΕΣΧΟΠΕΣ. Ε. Φ. Βορρα ιν Αστρο− πηψσιχαλ ϑουρναλ, ςολ. 392, Νο. 1, παγεσ 375∠383; ϑυνε 10, 1992. ΛΙΘΥΙ∆ ΜΙΡΡΟΡΣ: ΟΠΤΙΧΑΛ ΣΗΟΠ ΤΕΣΤΣ ΑΝ∆ ΧΟΝΤΡΙΒΥΤΙΟΝΣ ΤΟ ΤΗΕ ΤΕΧΗΝΟΛ− ΟΓΨ. Ε. Φ. Βορρα, Ρ. Χοντεντ, Λ. Γιραρδ, Σ. Σζαπιελ, Λ. Μ. Τρεµβλαψ ανδ Ε. Βοιλψ ιν Αστροπηψσιχαλ ϑουρναλ, ςολ. 393, Νο. 2, παγεσ 829∠847; ϑυλψ 10, 1992. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 81 ΑΙ∆Σ ανδ τηε Υσε οφ Ινϕεχτεδ ∆ρυγσ The AIDS epidemic continues to grow among drug users who inject. It could be curbed if governments more readily adopted e›ective prevention programs βψ ∆ον Χ. ∆εσ ϑαρλαισ ανδ Σαµυελ Ρ. Φριεδµαν Τ ηε τινψ βλοοδ τρανσφυ− σιονσ τηατ τακε πλαχε ωηεν δρυγ υσερσ σηαρε νεεδλεσ ορ σψρινγεσ σερϖε το τρανσµιτ δισεασε ε⇔χιεντλψ. Νοτηινγ ηασ ιλλυστρατεδ τηισ φαχτ µορε τραγιχαλλψ τηαν τηε ραπιδ σπρεαδ οφ ΗΙς, τηε ηυ− µαν ιµµυνοδε⇒χιενχψ ϖιρυσ ανδ τηε χαυσατιϖε αγεντ οφ ΑΙ∆Σ. Μορε τηαν 50 χουντριεσ ηαϖε δοχυµεντεδ ΗΙς ινφεχ− τιον αµονγ περσονσ ωηο ιν− ϕεχτ ιλλιχιτ δρυγσ. Αν αδδιτιον− αλ 30 χουντριεσ ηαϖε ρεπορτ− εδ τηε πραχτιχε οφ ιλλεγαλ δρυγ ινϕεχτιον; ασ α ρεσυλτ, τηεσε πλαχεσ ηαϖε ποπυλατιονσ ατ ηιγη ρισκ οφ χοντραχτινγ ορ τρανσµιττινγ τηε ΑΙ∆Σ ϖιρυσ. Ονχε ΗΙς ισ εσταβλισηεδ αµονγ συχη α γρουπ, ιτ µοϖεσ ιντο τηε χοµ− µυνιτψ ατ λαργε τηρουγη σεξυαλ χονταχτ ανδ πρεγνανχψ. Νο ηαρδ ⇒γυρεσ εξιστ φορ τηε νυµβερ οφ τηεσε δρυγ υσερσ τηρουγηουτ τηε ωορλδ; τηε βεστ εστιµατε ισ αβουτ ⇒ϖε µιλλιον πεοπλε. Τηερε αρε, ηοωεϖερ, ηαρδ ⇒γυρεσ φορ τηε ιµπαχτ οφ ΑΙ∆Σ ον τηισ γρουπ ιν τηε Υ.Σ.: µορε τηαν ονε τηιρδ οφ αλλ ΑΙ∆Σ χασεσ, ορ αβουτ 113,000, αρε ∆ΟΝ Χ. ∆ΕΣ ϑΑΡΛΑΙΣ ανδ ΣΑΜΥΕΛ Ρ. ΦΡΙΕ∆ΜΑΝ στυδψ δρυγ αδδιχτιον, δρυγ αβυσε τρεατµεντ ανδ ηυµαν ιµµυνοδε− φιχιενχψ ϖιρυσ ινφεχτιον αµονγ δρυγ υσ− ερσ. ∆εσ ϑαρλαισ ισ διρεχτορ οφ ρεσεαρχη φορ τηε Χηεµιχαλ ∆επενδενχψ Ινστιτυτε οφ Βετη Ισραελ Μεδιχαλ Χεντερ ανδ σενιορ ρε− σεαρχη φελλοω ατ τηε Νατιοναλ ∆εϖελοπ− µεντ ανδ Ρεσεαρχη Ινστιτυτεσ, Ινχ. Ηε αλσο σερϖεσ ασ α µεµβερ οφ τηε Υ.Σ. Νατιοναλ Χοµµισσιον ον ΑΙ∆Σ. Φριεδµαν ισ α σε− νιορ πρινχιπαλ ινϖεστιγατορ ατ τηε Νατιον− αλ ∆εϖελοπµεντ ανδ Ρεσεαρχη Ινστιτυτεσ, Ινχ., ανδ ηασ ωορκεδ ασ α χονσυλταντ φορ τηε Νατιοναλ Ινστιτυτε ον ∆ρυγ Αβυσε ανδ φορ τηε Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζατιον. 82 ασσοχιατεδ ωιτη τηε ινϕεχτιον οφ ιλλιχιτ συβστανχεσ. Εϖεν ιν τηε αβσενχε οφ δε− ⇒νιτιϖε νυµβερσ, τηε προλιφερατιον οφ ΗΙς αµονγ τηεσε υσερσ ηασ χλεαρλψ βε− χοµε α µεδιχαλ χαταστροπηε ιντερνα− τιοναλλψ ασ ωελλ. Τηε µοστ χονσερϖατιϖε πρεδιχτιονσ βψ πυβλιχ ηεαλτη ινστιτυτιονσ φορεσεε ινχρεασεδ υσε οφ ιλλεγαλ δρυγσ ϖια ινϕεχτιον ιν µανψ χουντριεσ ανδ ιν− χρεασεδ τρανσµισσιον οφ ΗΙς αµονγ πεοπλε ωηο τακε δρυγσ ιν τηισ ωαψ. Φορτυνατελψ, τηε ε⇑ορτσ οφ σοµε ηεαλτη χαρε προϖιδερσ ιν Νορτη Αµερι− χα, Ευροπε ανδ Αυστραλια σηοω τηατ τηε εξπανσιον οφ τηε ΑΙ∆Σ επιδεµιχ αµονγ δρυγ ινϕεχτορσ χαν αχτυαλλψ βε χυρταιλεδ. Βυτ α λαχκ οφ πολιτιχαλ χοµµιτµεντ οφ− τεν ρενδερσ τηεσε ϖαλυαβλε ινσιγητσ µοοτ. Ινστεαδ οφ δεσιγνινγ πολιχιεσ τηατ χουλδ ε⇑εχτιϖελψ ρεδυχε τηε σπρεαδ οφ ΗΙς, µανψ πυβλιχ ηεαλτη ο⇔χιαλσ ηαϖε δεσπερατελψ τριεδ το αϖοιδ τηε χοντρο− ϖερσψ τηατ συρρουνδσ δρυγ υσε. Ωε ηοπε τηατ κνοωλεδγε οφ τηε εν− χουραγινγ ρεσυλτσ οφ βοτη πιλοτ ανδ φυλλ− σχαλε προγραµσ µαψ λεαδ ο⇔χιαλσ το στρενγτηεν πολιχιεσ το δεαλ ωιτη τηισ ασ− πεχτ οφ τηε ΑΙ∆Σ πανδεµιχ. Ιν τηισ αρτι− χλε, ωε ρεϖιεω αν αρραψ οφ στρατεγιεσ τηατ σηουλδ βε µορε ωιδελψ πυρσυεδ ανδ ελαβορατεδ βεφορε τηε επιδεµιχ βε− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 χοµεσ υνχοντρολλαβλε αµονγ δρυγ ινϕεχτορσ, τηειρ σεξυαλ παρτνερσ ανδ τηειρ χηιλδρεν. ( Τηε φαµιλιαρ πηρασε ιντρα− ϖενουσ δρυγ υσερ ρεφερσ ονλψ το πεοπλε ωηο ινϕεχτ ιντο τηειρ ϖεινσ ορ αρτεριεσ. Ηερε ωε υσε τηε τερµσ δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ ανδ ιν− ϕεχτινγ δρυγ υσερσ το ινχλυδε ινδιϖιδυαλσ ωηο µαψ αδµιν− ιστερ τηε συβστανχε ιντο τηε µυσχλε ορ ϕυστ βελοω τηε σκιν συρφαχε ασ ωελλ.) Μανψ µανιφεστατιονσ οφ ΑΙ∆Σ ιν δρυγ υσερσ ωηο ιν− ϕεχτ αρε θυιτε δι⇑ερεντ φροµ τηοσε ιν ηοµοσεξυαλ ανδ βισεξυαλ µεν ωηο δο νοτ υσε δρυγσ ιν τηισ µαννερ. Αµονγ ινϕεχτινγ δρυγ υσερσ τηε σιγνσ οφ τηε δισεασε εξτενδ βεψονδ τηε οπ− πορτυνιστιχ ινφεχτιονσ ανδ Καποσι∏σ σαρ− χοµα τηατ τραδιτιοναλλψ σερϖεδ ασ τηε βασισ οφ α διαγνοσισ οφ ΑΙ∆Σ. Τηε δι⇑ερ− ενχε ιν διαγνοσισ δεριϖεσ φροµ τηε φαχτ τηατ τηε Υ.Σ. Χεντερσ φορ ∆ισεασε Χον− τρολ πριµαριλψ τραχκεδ τηε επιδεµιχ ιν ηοµοσεξυαλ ανδ βισεξυαλ µεν ιν δεϖελ− οπινγ τηε οριγιναλ δε⇒νιτιονσ οφ ΑΙ∆Σ. Σ τυδιεσ χονδυχτεδ βψ ουρ ρεσεαρχη γρουπ ανδ βψ Πετερ Α. Σελωψν ανδ Γεραλδ Φριεδλανδ οφ Ψαλε∠Νεω Ηα− ϖεν Ηοσπιταλ ανδ τηειρ χολλεαγυεσ ατ Μοντε⇒ορε Μεδιχαλ Χεντερ ιν Νεω Ψορκ Χιτψ ηαϖε σηοων τηατ ιν δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ ανδ ιν τηειρ σεξυαλ παρτνερσ ΗΙς ινφεχτιον ισ ασσοχιατεδ ωιτη συβσταντιαλ− λψ ινχρεασεδ µορβιδιτψ ανδ µορταλιτψ φροµ βαχτεριαλ ινφεχτιονσ. Πατιεντσ συφ− φερ φροµ δισεασεσ συχη ασ πνευµονια ανδ ενδοχαρδιτισ (αν ιν⇓αµµατιον οφ τηε ιννερ µεµβρανε οφ τηε ηεαρτ). Ιν τηε Υ.Σ., µυχη οφ τηε ρεσυργενχε οφ τυ− βερχυλοσισ ισ οχχυρρινγ αµονγ ΗΙς−ιν− φεχτεδ δρυγ υσερσ ωηο λιϖε ιν χροωδεδ χονδιτιονσ ωιτηουτ αχχεσσ το γοοδ µεδ− ιχαλ χαρε. Τηερε αρε αλσο ινδιχατιονσ τηατ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΝΕΕ∆ΛΕ ΕΞΧΗΑΝΓΕ ΠΡΟΓΡΑΜΣ, συχη ασ τηισ ονε βεινγ χαρ− ριεδ ουτ ιν Ταχοµα, Ωαση. (αβοϖε ), σεεκ το χυρβ τηε σπρεαδ οφ ΑΙ∆Σ αµονγ ινδιϖιδυαλσ ωηο ινϕεχτ ιλλιχιτ δρυγσ ανδ αµονγ τηειρ σεξυαλ παρτνερσ. Πυβλιχ ηεαλτη ωορκερσ τρψ το πρεϖεντ Copyright 1994 Scientific American, Inc. δρυγ υσερσ φροµ σηαρινγ νεεδλεσ χονταµινατεδ ωιτη τηε ηυ− µαν ιµµυνοδε⇒χιενχψ ϖιρυσ ( ΗΙς ). Τηεσε προγραµσ ηαϖε βεεν χοντροϖερσιαλ ατ τιµεσ, ανδ δεµονστρατορσ ηαϖε οφτεν ραλ− λιεδ το ενχουραγε τηειρ φυνδινγ ανδ λεγαλιτψ (οπποσιτε παγε ). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 83 ΗΙς ινφεχτιον ινχρεασεσ τηε σεϖεριτψ ανδ φρεθυενχψ οφ γψνεχολογιχαλ ιλλνεσσεσ, ιν− χλυδινγ χερϖιχαλ χανχερ ανδ πελϖιχ ιν− ⇓αµµατορψ δισεασε. Ιν τηε Υ.Σ., µορε τηαν 80 περχεντ οφ ΗΙς−ποσιτιϖε ωοµεν ινϕεχτ δρυγσ ορ αρε τηε παρτνερσ οφ πεο− πλε ωηο δο. Τηε Χ∆Χ δε⇒νιτιον οφ ΑΙ∆Σ ηασ βεεν περιοδιχαλλψ υπδατεδ το ινχορπορατε τηεσε ⇒νδινγσ. Τηε 1993 ρεϖισιον ιν− χλυδεσ α διαγνοσισ οφ ΑΙ∆Σ βασεδ σολελψ ον σεϖερε ιµµυνοσυππρεσσιον∇τηατ ισ, α Χ∆4 χελλ χουντ οφ λεσσ τηαν 200 χελλσ περ µιχρολιτερ οφ βλοοδ. ( Χ∆4 χελλσ αρε α φορµ οφ ωηιτε βλοοδ χελλ ανδ, νορµαλ− λψ, ηελπ τηε βοδψ προτεχτ ιτσελφ αγαινστ ινφεχτιον.) Τηισ χριτεριον προϖιδεσ αν αλ− τερνατιϖε το διαγνοσινγ ΑΙ∆Σ ον τηε βα− σισ οφ α χοντινυαλλψ χηανγινγ λιστ οφ οπ− πορτυνιστιχ ινφεχτιονσ ανδ µαλιγνανχιεσ. Τηερε αππεαρ το βε τωο πρεδοµιναντ ρουτεσ βψ ωηιχη ΗΙς ισ ιντροδυχεδ ιντο ποπυλατιονσ οφ δρυγ υσερσ. Τηε ϖιρυσ χαν εντερ τηρουγη οϖερλαππινγ, ορ βριδγε, γρουπσ∇φορ εξαµπλε, µεν ωηο ινϕεχτ δρυγσ ανδ αλσο ηαϖε σεξ ωιτη µεν. Τηισ φορµ οφ τρανσµισσιον αππεαρσ το ηαϖε οχχυρρεδ ιν Νεω Ψορκ Χιτψ, Ριο δε ϑα− νειρο ανδ Σψδνεψ. Τηε σεχονδ ισ τραϖελ. Χοντραρψ το τηε στερεοτψπιχ ϖιεω οφ ιν− ϕεχτινγ δρυγ υσερσ, µανψ τραϖελ φρε− θυεντλψ, φορ βυσινεσσ ανδ πλεασυρε. Φορ ινστανχε, α ρεχεντ στυδψ φουνδ τηατ 62 περχεντ οφ δρυγ υσερσ φροµ Βερλιν ηαδ ινϕεχτεδ δρυγσ ουτσιδε τηειρ ηοµε χιτψ ιν τηε παστ τωο ψεαρσ; 14 περχεντ οφ υσερσ φροµ Νεω Ψορκ Χιτψ ηαδ ινϕεχτεδ ουτσιδε τηε αρεα ιν τηε παστ τωο ψεαρσ. Ονχε ΗΙς ηασ βεεν ιντροδυχεδ ιντο α χοµµυνιτψ οφ δρυγ υσερσ, ιτ χαν δι⇑υσε εξτρεµελψ θυιχκλψ. Ραπιδ ινχρεασεσ ιν ΗΙς σεροπρεϖαλενχε, ορ τηε περχεντ οφ δρυγ υσερσ ωηο αρε ινφεχτεδ, ηαϖε βεεν οβσερϖεδ ιν βοτη δεϖελοπεδ ανδ δεϖελ− οπινγ νατιονσ. Ιν χιτιεσ συχη ασ Βανγκοκ ανδ Εδινβυργη ανδ ιν τηε Ινδιαν στατε οφ Μανιπυρ, ΗΙς σεροπρεϖαλενχε αµονγ δρυγ υσερσ ηασ ρισεν φροµ 0 το 40 περ− χεντ ωιτηιν τωο ψεαρσ ορ λεσσ. Τηισ φαστ τρανσµισσιον ισ φρεθυεντλψ ασσοχιατεδ ωιτη χερταιν κινδσ οφ βεηαϖ− ιορ : τηε υσε οφ σηοοτινγ γαλλεριεσ ανδ οφ δεαλερσ∏ ωορκσ. Σηοοτινγ γαλλεριεσ αρε πλαχεσ ωηερε δρυγ ινϕεχτορσ ρεντ νεε− δλεσ ανδ σψρινγεσ, αδµινιστερ δρυγσ τηρουγη τηε σκιν ανδ τηεν ρετυρν τηε εθυιπµεντ το τηε οπερατορ οφ τηε γαλ− λερψ φορ ρενταλ το οτηερ χυστοµερσ. Παψ− µεντ µαψ βε ιν χαση ορ ιν δρυγσ. Τηε τερµ δεαλερσ∏ ωορκσ ρεφερσ το τηε νεε− δλεσ, σψρινγεσ ορ παραπηερναλια τηατ α σελλερ ωιλλ οφτεν λενδ το ονε χυστοµερ, τακε βαχκ ανδ τηεν λενδ το τηε νεξτ. Σηοοτινγ γαλλεριεσ ανδ δεαλερσ∏ εθυιπ− µεντ σερϖε σεϖεραλ φυνχτιονσ ωιτηιν τηε δρυγ συβχυλτυρε. Τηεψ προϖιδε α σουρχε οφ νεεδλεσ ανδ σψρινγεσ, ωηιχη αρε οφ− τεν σχαρχε βεχαυσε οφ λεγαλ ρεστριχτιονσ. 84 Πρεϖαλενχε οφ Ινϕεχτινγ ∆ρυγ Υ se of injected drugs is associated with HIV infection in many countries (black ), whereas other nations report illicit drug injection that is not currently linked to AIDS (yellow ). According to the World Health Organization, some 15 million people Ιν τηε Υ.Σ., φορ ινστανχε, µοστ στατεσ τηατ ηαϖε λαργε ποπυλατιονσ οφ συχη δρυγ υσερσ ρεθυιρε πρεσχριπτιονσ φορ τηε σαλε οφ νεεδλεσ ανδ σψρινγεσ. Ιν µανψ οτηερ στατεσ ανδ χουντριεσ, οϖερ−τηε−χουντερ σαλεσ αρε περµιττεδ, βυτ πηαρµαχιστσ αρε οφτεν υνωιλλινγ το σελλ το πεοπλε τηεψ συσπεχτ οφ υσινγ ιλλεγαλ δρυγσ. Σ ηοοτινγ γαλλεριεσ αλλοω δρυγ υσ− ερσ το αϖοιδ τοτινγ αρουνδ εθυιπ− µεντ. Ιν αλµοστ αλλ παρτσ οφ τηε Υ.Σ., ιτ ισ ιλλεγαλ φορ πεοπλε το ποσσεσσ εθυιπµεντ φορ αδµινιστερινγ ναρχοτιχσ. Ιν χουντριεσ ωηερε συχη ποσσεσσιον ισ λεγαλ, µανψ δρυγ υσερσ αρε ρελυχταντ το χαρρψ σψρινγεσ βεχαυσε τηε πολιχε οφτεν χονχλυδε τηατ τηε ινδιϖιδυαλ ισ ενγαγεδ ιν ιλλεγαλ αχτιϖιτιεσ. Κεεπινγ νεεδλεσ ατ ηοµε χιρχυµϖεντσ σοµε οφ τηεσε δι⇔− χυλτιεσ, βυτ τηε πραχτιχε χαν προϖοκε χονφροντατιονσ βετωεεν τηε δρυγ υσερ ανδ τηε πεοπλε ηε ορ σηε λιϖεσ ωιτη. Ατ τηε σαµε τιµε τηατ δεαλερσ∏ ωορκσ ανδ σηοοτινγ γαλλεριεσ ηαϖε σερϖεδ α ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 υτιλιταριαν πυρποσε ωιτηιν τηε δρυγ−υσ− ινγ χοµµυνιτψ, τηεψ ηαϖε αλσο σερϖεδ ασ ϖεχτορσ φορ ηεπατιτισ ανδ οτηερ βλοοδ− βορνε ινφεχτιονσ. Τηε ινϕεχτινγ δεϖιχεσ αρε οφτεν σηαρεδ βψ δοζενσ οφ δρυγ υσ− ερσ ωηο δο νοτ ηαϖε ανψ σοχιαλ ρελατιον− σηιπ ωιτη ονε ανοτηερ ανδ, τηερεφορε, δο νοτ κνοω ονε ανοτηερ∏σ ΗΙς στατυσ ορ αβουτ ανψ ρισκψ βεηαϖιορ τηατ τηεψ µαψ ενγαγε ιν. Τηε µατεριαλσ αρε φρε− θυεντλψ υσεδ ρεπεατεδλψ υντιλ τηε νεε− δλε ορ σψρινγε βεχοµεσ βεντ ορ τοο δυλλ ορ χλογγεδ ωιτη δριεδ βλοοδ ανδ ισ δισ− χαρδεδ. Ωιτη τηε αδϖεντ οφ ΑΙ∆Σ, συχη παραπηερναλια ανδ πλαχεσ ηαϖε τακεν ον α δεαδλψ ασπεχτ. Τηε ρεασονσ φορ τηε περϖασιϖενεσσ οφ ινϕεχτιον ασ α φορµ οφ ιλλεγαλ δρυγ αδ− µινιστρατιον ισ α τοπιχ υργεντλψ ιν νεεδ οφ φυρτηερ ρεσεαρχη. Νεϖερτηελεσσ, σεϖ− εραλ φεατυρεσ οφ ιτσ αππεαλ αρε χλεαρ. ∆υρινγ τηε ⇒ρστ ηαλφ οφ τηε 20τη χεντυ− ρψ, τηε χονσυµπτιον οφ ιλλιχιτ δρυγσ τηρουγη ινϕεχτιον ωασ ρελατιϖελψ ραρε ουτσιδε τηε Υ.Σ. Βυτ ασ ωιτη µανψ παρτσ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιζεδ νεεδλεσ: ΑΙ∆Σ ρισκ ρεδυχτιον ωασ ρεπορτεδ βψ 80 περχεντ οφ δρυγ υσερσ ιν Νεω Ψορκ Χιτψ, 84 περχεντ ιν Γλασγοω, 82 περχεντ ιν Λυνδ, Σωεδεν, 84 περχεντ ιν Σψδνεψ ανδ 73 περχεντ ιν Ταχοµα, Ωαση. Ανεχδοταλ ρεπορτσ φουνδ σιµι− λαρ αττεµπτσ αµονγ λαβορερσ ιν χιτιεσ ανδ ϖιλλαγεσ τηρουγηουτ Ασια. Αλτηουγη τηεσε ⇒νδινγσ µακε ιτ χλεαρ τηατ δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ οφτεν σεεκ το ρεδυχε ρισκ, τηειρ συχχεσσ δεπενδσ ον ωηετηερ τηεψ χαν οβταιν χλεαν νεεδλεσ. Πρεϖεντιον προγραµσ ηαϖε αλσο δεµονστρατεδ τηατ ιτ ισ θυιτε ποσσιβλε το ενχουραγε βεηαϖιοραλ χηανγεσ ον τηε παρτ οφ δρυγ υσερσ. Ψετ τηεσε σερϖιχεσ ηαϖε νοτ αλωαψσ ρεχειϖεδ τηε πολιτιχαλ αττεντιον, ορ φυνδινγ, τηεψ δεσερϖε βε− χαυσε ιτ ισ δι⇔χυλτ το θυαντιφψ τηειρ εφ− φεχτιϖενεσσ. Τηε λαχκ οφ χοντρολ γρουπσ χρεατεσ µεασυρεµεντ προβλεµσ. Ιν αδ− διτιον, ιτ ισ ηαρδ το εϖαλυατε βεηαϖιοραλ χηανγεσ βρουγητ αβουτ βψ πρεϖεντιον προγραµσ βεχαυσε δι⇑ερεντ στυδιεσ υσε δι⇑ερεντ υνιτσ το µεασυρε συχη σηιφτσ ιν βεηαϖιορ. Φυρτηερµορε, αχτυαλ ΗΙς τρανσµισσιον ηασ ονλψ σελδοµ βεεν υσεδ ασ αν ενδ ποιντ ιν τηεσε στυδιεσ. Υσερσ ανδ ΗΙς Ινφεχτιον are infected with the human immunodeficiency virus, but it is unclear how many of them were infected through injection or through sex with a drug user. In the U.S., however, one third of all AIDS cases can be attributed to drug injection. ∆ οφ Αµεριχαν χυλτυρε∇φροµ Τ−σηιρτσ ανδ βλυε ϕεανσ το φαστ φοοδ∇µανψ δι⇑ερεντ χουντριεσ ηαϖε αδοπτεδ τηε πραχτιχε. Τηε φαχτ τηατ χοχαινε, ηεροιν ανδ ρε− λατεδ δρυγσ αρε ιλλεγαλ ενχουραγεσ τηε υσε οφ ινϕεχτιον. Σεϖερε στατυτορψ ρε− στριχτιονσ γρεατλψ ινχρεασε τηε χοστ οφ ιλ− λιχιτ συβστανχεσ το νονµεδιχαλ υσερσ. Ινϕεχτινγ προϖιδεσ α ωαψ το εχονοµιζε. Ινϕεχταβλε φορµσ οφ οπιατεσ ανδ χοχα αρε µυχη µορε χονχεντρατεδ τηαν τρα− διτιοναλ φορµσ, συχη ασ οπιυµ ορ χοχα τεα. Ινϕεχτιον προϖιδεσ αν ιντενσε ανδ εχονοµιχαλ ε⇑εχτ βψ µαξιµιζινγ τηε αµουντ οφ δρυγ τηατ ρεαχηεσ τηε βραιν. Πεοπλε ωηο σνι⇑ ορ σµοκε δρυγσ σαψ τηατ ιφ τηεψ ινϕεχτ τηεψ νεεδ ονλψ ονε τηιρδ οφ τηε αµουντ οφ τηε δρυγ το µαινταιν α ηαβιτ. Βεχαυσε τηε ινϕεχταβλε φορµσ οφ ιλλιχιτ δρυγσ αρε χονχεντρατεδ, τηεψ αρε ρελα− τιϖελψ σµαλλ ιν ϖολυµε ανδ εασιερ το σηιπ. Ινδεεδ, τηε µοϖεµεντ οφ ΗΙς χαν βε τραχεδ αλονγ σοµε δρυγ διστριβυτιον ρουτεσ. Ονχε εσταβλισηεδ ιν τηε Γολδεν Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τριανγλε οφ Σουτηεαστ Ασια∇τηε ρεγιον ωηερε Τηαιλανδ, Μψανµαρ ανδ Λαοσ µεετ∇ΗΙς ραδιατεδ ουτωαρδ βψ τραϖελ− ινγ ωεστ ιντο νορτηεαστ Ινδια, σουτη ιντο Τηαιλανδ, Μαλαψσια ανδ ςιετναµ ανδ εαστ αχροσσ σουτηερν Χηινα τοωαρδ Ηονγ Κονγ. Τηε ϖιρυσ ηασ αλσο µοϖεδ αλονγ χοχαινε ρουτεσ ωιτηιν Βραζιλ. Ωηεν ΑΙ∆Σ ωασ ⇒ρστ δετεχτεδ αµονγ δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ, τηερε ωασ τρε− µενδουσ σκεπτιχισµ αβουτ τηε αβιλιτψ οφ τηεσε ινδιϖιδυαλσ το χηανγε τηειρ βε− ηαϖιορ. Τηισ ασσυµπτιον ωασ βασεδ ον ανοτηερ στερεοτψπε: δρυγ υσερσ αρε νοτ ατ αλλ χονχερνεδ αβουτ τηειρ ηεαλτη. Φορ− τυνατελψ, τηισ αττιτυδε δοεσ νοτ ηολδ τρυε φορ α γρεατ µανψ οφ τηεµ. Ιν σοµε χιτιεσ, συχη ασ Νεω Ψορκ, δρυγ υσερσ αλτερεδ τηειρ βεηαϖιορ βεφορε ανψ φορµαλ πρεϖεντιον προγραµ ωασ ιµπλεµεντεδ. Βασεδ ον ινφορµατιον οβταινεδ τηρουγη τηε µασσ µεδια ανδ τηρουγη τηε ινφορµαλ χοµµυνιχατιον νετωορκσ οφ τηε δρυγ συβχυλτυρε, τηεψ σταρτεδ το υσε ιλλιχιτλψ οβταινεδ στεριλ− εσπιτε τηεσε µετηοδολογιχαλ προβλεµσ, ωε ηαϖε φουνδ ιτ ποσσιβλε το µακε α σετ οφ γενερ− αλιζατιονσ ωιτη ρεσπεχτ το δεϖελοπινγ ε⇑εχτιϖε ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον προγραµσ. Φιρστ, δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ αρε θυιτε χαπαβλε οφ λεαρνινγ τηε βασιχ φαχτσ αβουτ ΗΙς τρανσµισσιον ανδ αβουτ ηοω το ρεδυχε εξποσυρε το τηε ϖιρυσ∇ιν− δεεδ, ονε στυδψ φουνδ τηατ 93 περχεντ οφ τηε υσερσ οφ α παρτιχυλαρ µετηαδονε µαιντενανχε χεντερ κνεω αβουτ ΑΙ∆Σ, ανδ 59 περχεντ ηαδ σουγητ το προτεχτ τηεµσελϖεσ αγαινστ ινφεχτιον. Σεχονδ, προγραµσ αρε µορε ε⇑εχτιϖε ιφ τηεψ ιν− ϖολϖε δρυγ υσερσ ιν δεσιγν ανδ ιµπλε− µεντατιον. Τηιρδ, προγραµσ σηουλδ προ− ϖιδε τηε µεανσ φορ βεηαϖιοραλ χηανγε, ινχλυδινγ τρεατµεντ φορ υσερσ ωισηινγ το λιµιτ ορ στοπ τηειρ υσε οφ δρυγσ ασ ωελλ ασ αχχεσσ το στεριλε ινϕεχτιον εθυιπ− µεντ ανδ χονδοµσ. Φουρτη, πεοπλε σηουλδ βε γιϖεν χηοιχεσ ασ το ηοω τηεψ ωαντ το ρεδυχε τηε χηανχεσ οφ ΗΙς τρανσµισσιον: τηερε ισ νο ονε σολυτιον τηατ ωορκσ φορ εϖερψονε. Φιναλλψ, ιτ ισ αππαρεντ τηατ το δατε νο σινγλε προ− γραµ ανδ νο χοµβινατιον οφ προγραµσ ηαϖε βεεν αβλε το ελιµινατε ηιγη−ρισκ βεηαϖιορ χοµπλετελψ. Ονε ποιντ τηατ εµεργεσ ιν αν αναλψ− σισ οφ τηε προγραµσ ισ τηατ τηειρ συχ− χεσσ αππεαρσ το βε α φυνχτιον οφ ωηεν τηεψ ωερε ιµπλεµεντεδ∇τηατ ισ, ωηετη− ερ τηεψ ωερε εσταβλισηεδ ωηεν τηε ΗΙς ινφεχτιον ρατε ωασ µινιµαλ ορ αφτερ ΗΙς ωασ εντρενχηεδ ιν τηε χοµµυνιτψ. Ωε ηαϖε ρεχεντλψ αναλψζεδ τηε ρελατιον βετωεεν ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον ανδ ρισκ βε− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 85 ηαϖιορ ιν αρεασ ωηερε ΗΙς πρεϖαλενχε αµονγ δρυγ υσερσ ισ λοω. Ηολλψ Ηαγαν οφ τηε Ταχοµα−Πιερχε Χουντψ Ηεαλτη ∆επαρτµεντ, ∆αϖιδ Γολδβεργ οφ τηε Χοµµυνιχαβλε ∆ισεασεσ Υνιτ οφ Ρυχηιλλ Ηοσπιταλ ιν Γλασγοω, Κερστιν Τυνϖινγ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Λυνδ ανδ Αλεξ Ωοδακ οφ Στ. ςινχεντ∏σ Ηοσπιταλ ιν Σψδνεψ ανδ τηειρ µανψ χολλεαγυεσ προϖιδεδ ινφορ− µατιον φορ ουρ ρεϖιεω. Ιν εαχη οφ τηεσε χιτιεσ, ΗΙς ηαδ βεεν ιντροδυχεδ ιντο τηε ποπυλατιον οφ δρυγ υσερσ. Ψετ σεροπρεϖ− αλενχε αµονγ ηετεροσεξυαλ υσερσ ρε− µαινεδ λοω (λεσσ τηαν 5 περχεντ) ανδ σταβλε φορ ατ λεαστ φουρ ψεαρσ. Ιν εαχη λο− χατιον, ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον αχτιϖιτιεσ ωερε λιµιτεδ, βυτ αλλ ινχλυδεδ χοµµυνιτψ ουτρεαχη ανδ αχχεσσ το στεριλε ινϕεχτιον εθυιπµεντ τηρουγη σψρινγε εξχηανγεσ ανδ οϖερ−τηε−χουντερ πηαρµαχψ σαλεσ. Ελιµινατινγ ρισκψ βεηαϖιορ ωασ νοτ νεχεσσαρψ ιν ορδερ το κεεπ ΗΙς ινφεχτιον ρατεσ λοω ιν τηεσε φουρ χιτιεσ. Αππροξι− µατελψ ηαλφ οφ τηε δρυγ υσερσ ωηοµ ωε ιντερϖιεωεδ ρεπορτεδ τηατ τηεψ ωερε ατ λεαστ οχχασιοναλλψ ινϕεχτινγ ωιτη νεε− δλεσ ανδ σψρινγεσ τηατ ηαδ βεεν υσεδ βψ οτηερσ. Μοστ οφ τηε υνσαφε πραχτιχεσ αππεαρεδ το βε χονταινεδ ωιτηιν σµαλλ γρουπσ οφ φριενδσ. Λοω ανδ σταβλε ρατεσ οφ ΗΙς ινφεχτιον ηαϖε αλσο βεεν ρεπορτ− εδ ιν Ατηενσ, Τοροντο, Σεαττλε, Περτη ανδ Μελβουρνε. Τηυσ, τηε εξπεριενχε οφ τηε φουρ χιτιεσ στυδιεδ µαψ ωελλ βε γεν− εραλιζεδ το µανψ οτηερ πλαχεσ ωηερε πρεϖεντιον ε⇑ορτσ ωερε βεγυν εαρλψ. Ιν αδδιτιον το χιτιεσ ωηερε ΗΙς ινφεχ− τιον ρατεσ ωερε κεπτ λοω, σεϖεραλ τεαµσ οφ ρεσεαρχηερσ ηαϖε οβσερϖεδ δεχλινινγ ρατεσ οφ νεω ΗΙς ινφεχτιονσ ανδ τηε στα− βιλιζατιον οφ ΗΙς σεροπρεϖαλενχε ιν χιτιεσ ωιτη ηιγη σεροπρεϖαλενχε. Τηεσε ⇒νδ− ινγσ χοµε φροµ ϑοην Κ. Ωαττερσ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Σαν Φρανχισ− χο, Καχηιτ Χηοοπανψα οφ τηε Βανγκοκ Μετροπολιταν Αδµινιστρατιον, Ροελανδ Α. Χουτινηο οφ τηε Μυνιχιπαλ Ηεαλτη Σερϖιχε οφ Αµστερδαµ, Αλφρεδο Νιχολοσι οφ τηε Νατιοναλ Ρεσεαρχη Χουνχιλ ιν Μι− λαν ανδ ουρ γρουπ ιν Νεω Ψορκ. Ωε φουνδ, φορ ινστανχε, τηατ ΗΙς σεροπρεϖ− αλενχε ιν Νεω Ψορκ Χιτψ ηασ ρεµαινεδ σταβλε σινχε 1983. Σταβιλιζατιον, ηοωεϖ− ερ, δοεσ νοτ ιµπλψ α λαχκ οφ νεω ΗΙς ιν− φεχτιονσ. Ρατηερ σταβιλιζατιον οχχυρσ ωηεν τηερε ισ α ρουγη βαλανχε βετωεεν νεω ινφεχτιονσ ανδ τηε λοσσ οφ ΗΙς−ιν− φεχτεδ δρυγ υσερσ τηρουγη δεατη ορ τηε δισχοντινυανχε οφ δρυγ ινϕεχτιον. Ιτ ισ νοτ αν ιδεαλ γοαλ, βυτ ιτ δοεσ λιµιτ τηε εξτεντ οφ αν επιδεµιχ. Ωηερεασ τηε στυδιεσ συγγεστ τηατ ιτ ισ ποσσιβλε το πρεϖεντ ορ σταβιλιζε επιδεµ− ιχσ αµονγ συχη δρυγ υσερσ, ρεϖερσινγ α ωελλ−εσταβλισηεδ ΗΙς επιδεµιχ ισ α µυχη µορε φορµιδαβλε τασκ. Τηε σιτυα− τιον ιν Αµστερδαµ ο⇑ερσ α γοοδ εξαµ− πλε οφ τηε δι⇔χυλτιεσ οφ ⇒γητινγ αν εν− 86 Περχεντ οφ ∆ρυγ Υσερσ ωιτη ΗΙς Ινφεχτιον∗ 1978 ’79 ’80 ’81 ’82 ’83 ’84 ’85 AMSTERDAM ’86 ’87 ’88 ’89 33 31 31 34 1 43 BANGKOK 49 45 42 44 45 13 16 31 BERLIN 42 BILBAO 0 BOLOGNA 0 9 7.5 39 37 0 14 42 DETROIT EDINBURGH 16 0 23 16 13 LONDON 5 6 4 5 0 0 0 MANIPUR 11 NEW YORK CITY 9 26 28 61 67 69 20 28 65 34 ROME SAN FRANCISCO TOURS 50 50 20 4 RIO DE JANEIRO SARDINIA 54 73 55 57 50 38 PADUA 0 0 0 1 10 18 32 43 0 0 15 17 VIENNA 30 37 HAMBURG MILAN 27 ’91 52 27 7 GENEVA 49 ’90 42 33 31 32 7 12 12 11 12 30 28 37 57 7 24 *Figures come from myriad sources, including hospital records, stored blood samples and treatment programs. The information is incomplete because studies were not undertaken every year. τρενχηεδ ΗΙς επιδεµιχ. ΗΙς σεροπρεϖα− λενχε αµονγ δρυγ υσερσ ιν Αµστερδαµ ηαδ ρεαχηεδ αππροξιµατελψ 30 περχεντ βψ τηε µιδ−1980σ. Πυβλιχ ηεαλτη ο⇔χιαλσ θυιχκλψ µουντ− εδ α λαργε ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον ε⇑ορτ. Τηισ αχτιϖιτψ ινχλυδεδ ενλιστινγ ανδ φυνδινγ τηε λοχαλ δρυγ υσερσ∏ γρουπ το δο πρε− ϖεντιον ωορκ, σψρινγε εξχηανγε, οϖερ− τηε−χουντερ σαλεσ οφ νεεδλεσ ανδ σψ− ρινγεσ ανδ δρυγ αβυσε τρεατµεντ. ( Ιτ ισ νεχεσσαρψ το κεεπ ιν µινδ ονε ιµπορ− ταντ χριτιχισµ οφ τηε Αµστερδαµ ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον προγραµ: µανψ οφ τηε µετη− αδονε µαιντενανχε χλινιχσ γιϖε µετη− αδονε ατ δοσαγεσ τηατ αρε τοο λοω το αλ− λεϖιατε τηε σψµπτοµσ οφ δρυγ ωιτη− δραωαλ ορ χραϖινγ.) Χ ουτινηο ανδ ηισ χολλεαγυεσ φουνδ τηατ τηε ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον προ− γραµσ ιν Αµστερδαµ λεδ το α ρε− δυχτιον ιν τηε φρεθυενχψ οφ υνσαφε ιν− ϕεχτιονσ. Τηε προγραµσ αλσο βρουγητ αβουτ σιγνι⇒χαντ βυτ σµαλλερ ρεδυχτιονσ ιν υνσαφε σεξυαλ αχτιϖιτιεσ. Ιν αδδιτιον, τηε ρατε οφ νεω ΗΙς ινφεχτιονσ αµονγ δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ δεχλινεδ φροµ α πεακ οφ αππροξιµατελψ ειγητ περ 100 περσον−ψεαρσ ατ ρισκ δυρινγ τηε εαρλψ 1980σ το α χυρρεντ ρατε οφ αππροξιµατε− λψ φουρ περ 100 περσον−ψεαρσ ατ ρισκ. Τηισ ρεδυχτιον ιν τηε ρατε οφ νεω ινφεχ− τιονσ ισ ιµπρεσσιϖε, βυτ ινχιδενχε ισ στιλλ µυχη τοο ηιγη. Α ηιγη πρεϖαλενχε οφ ΗΙς ινφεχτιον ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 αµονγ υσερσ ωηο ινϕεχτ δρυγσ ινχρεασ− εσ τηε ρισκ φορ εϖερψονε ιν α χοµµυνι− τψ οφ δρυγ υσερσ. Αν ινδιϖιδυαλ ωηο ισ υσυαλλψ χαρεφυλ ισ µορε λικελψ το βε ιν− φεχτεδ ιφ, φορ εξαµπλε, ηε ορ σηε φοργετσ ανδ ινϕεχτσ ωιτη α νεεδλε τηατ ηασ βεεν υσεδ βψ σοµεονε ελσε. Σεξυαλ αχτιϖιτψ αλσο βεχοµεσ µορε δανγερουσ, εϖεν τηουγη σεξ ισ λεσσ ε⇑εχτιϖε ιν τρανσµιτ− τινγ ΗΙς τηαν ισ ινϕεχτιον. Ιφ αδδιχτιον χαν βε ρεδυχεδ βψ τρεατ− µεντ προγραµσ, ανδ ιφ ινδιϖιδυαλσ χαν βε δισχουραγεδ φροµ σταρτινγ το ινϕεχτ δρυγσ, τηε νυµβερ οφ ΑΙ∆Σ χασεσ µιγητ βε ρεδυχεδ εϖεν ιν αρεασ ωηερε σερο− πρεϖαλενχε ισ ηιγη. Τηε χιτψ οφ Εδιν− βυργη µαψ ηαϖε µαδε τηε µοστ προγ− ρεσσ ιν βοτη τηεσε ρεσπεχτσ. Τηε Χοµ− µυνιτψ ∆ρυγ Πρεϖεντιον Προϕεχτ τηερε ωορκσ ωιτη λοχαλ γενεραλ πραχτιτιονερσ το αδµινιστερ δρυγ αβυσε τρεατµεντ∇ µοστλψ ιν τηε φορµ οφ µετηαδονε. Ρε− χεντ ρεσεαρχη βψ Σαλλψ ϑ. Ηαω οφ Χιτψ Ηοσπιταλ ανδ ηερ χολλεαγυεσ ηασ σηοων τηατ α λαργε περχενταγε οφ αδδιχτσ ωηο ωερε πρεϖιουσλψ ινϕεχτινγ δρυγσ αρε νοω ιν τρεατµεντ. Μανψ οτηερσ αρε µαιν− ταινινγ τηεµσελϖεσ ον ιλλιχιτλψ οβταινεδ οραλλψ αδµινιστερεδ ναρχοτιχσ. Στρατεγιεσ φορ πρεϖεντινγ ινδιϖιδυαλσ φροµ σταρτινγ το ινϕεχτ δρυγσ ηαϖε νοτ βεεν ωελλ στυδιεδ. Ινδεεδ, τηε ινιτιατιον ιντο ινϕεχτινγ µαψ βε τηε λεαστ ινϖεστι− γατεδ ασπεχτ οφ ηαλτινγ ΗΙς ινφεχτιον αµονγ δρυγ υσερσ. Εστιµατινγ τηε ρατε ατ ωηιχη νεω υσερσ σταρτ το ινϕεχτ ιλλιχιτ Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΗΟΟΤΙΝΓ ΓΑΛΛΕΡΙΕΣ ηαϖε φαχιλιτατεδ τηε ΑΙ∆Σ επιδεµιχ αµονγ πεοπλε ωηο ινϕεχτ ιλλεγαλ δρυγσ. Τηεσε σιτεσ, ωηερε δρυγ υσερσ χαν ινϕεχτ ηεροιν ορ χοχαινε, οφτεν προϖιδε τηε δρυγσ ισ αν εξτρεµελψ δι⇔χυλτ ρεσεαρχη τασκ. Ονε ποιντ ισ χλεαρ φροµ τηε λιµιτ− εδ εϖιδενχε αϖαιλαβλε: κνοωλεδγε οφ ανδ χονχερν αβουτ ΑΙ∆Σ ισ νοτ ενουγη το δετερ περσονσ φροµ σταρτινγ ορ ρε− τυρνινγ το ινϕεχτιον. Ιν ονε στυδψ ωε χονδυχτεδ, πεοπλε ωηο ωερε σνι⇑ινγ ηεροιν ανδ χοχαινε ωερε γιϖεν εξτεν− σιϖε ΑΙ∆Σ εδυχατιον, ινχλυδινγ ΗΙς χουνσελινγ ανδ τεστινγ. ∆υρινγ α νινε− µοντη φολλοω−υπ περιοδ, ονε θυαρτερ οφ τηε γρουπ ινϕεχτεδ δρυγσ. Μοστ οφ τηεσε ινδιϖιδυαλσ ηαδ α χλοσε ρελατιονσηιπ ωιτη α δρυγ υσερ ωηο ινϕεχτεδ. ∆εσπιτε τηε κνοωλεδγε γατηερεδ φροµ τηε στυδιεσ δεσχριβεδ αβοϖε ασ ωελλ ασ φροµ οτηερ ρεσεαρχη ε⇑ορτσ, τρεατµεντ ανδ πρεϖεντιον προγραµσ φορ δρυγ υσ− ερσ ηαϖε νοτ βεεν ωιδελψ ιµπλεµεντεδ. Τηρεε οβσταχλεσ στανδ ιν τηε ωαψ. Ιν σοµε δεϖελοπινγ χουντριεσ, τηε λαχκ οφ εχονοµιχ ρεσουρχεσ λιµιτσ συχη πρεϖεν− τιον. Προϖιδινγ στεριλε ινϕεχτιον εθυιπ− µεντ το δρυγ υσερσ ιν σοχιετιεσ τηατ χαννοτ µακε στεριλε εθυιπµεντ αϖαιλ− αβλε το χλινιχσ ανδ ηοσπιταλσ ισ νοτ λικε− λψ. Ηουσεηολδ βλεαχη ηασ βεεν τριεδ ασ α µετηοδ φορ δισινφεχτινγ, βυτ τηε µοστ ρεχεντ στυδιεσ φαιλ το σηοω ανψ προτεχ− τιϖε ε⇑εχτ. Σοµε οφ τηε δι⇔χυλτιεσ µαψ αρισε βεχαυσε νεεδλεσ ανδ σψρινγεσ νεεδ α ρελατιϖελψ λονγ χονταχτ τιµε το βε δισινφεχτεδ∇τηατ ισ, τωο ρινσινγσ, εαχη φορ 30 σεχονδσ ορ λονγερ. Τηερε αρε αλσο ρεγιονσ ιν ωηιχη γρεατ− ερ κνοωλεδγε οφ τηε δανγερσ οφ δρυγ Copyright 1994 Scientific American, Inc. σαµε σψρινγεσ ανδ νεεδλεσ το µανψ ινδιϖιδυαλσ. Τηεσε υσερσ αρε τηυσ ατ γρεατ ρισκ οφ τρανσµιττινγ ορ χοντραχτινγ ΗΙς, ωηιχη ισ ε⇑εχτιϖελψ σπρεαδ τηρουγη εϖεν τινψ τρανσφυσιονσ. ινϕεχτιον ανδ σεξυαλ βεηαϖιορ ισ νεεδεδ φορ πρεϖεντιον οφ τρανσµισσιον. Πρεσεντ προγραµσ αππεαρ αδεθυατε φορ χοντρολ− λινγ ΗΙς τρανσµισσιον ιν λοω σεροπρεϖα− λενχε αρεασ, βυτ α νεω γενερατιον οφ ρισκ−ρεδυχτιον πλανσ µαψ βε νεεδεδ το ρεϖερσε τηε σιτυατιον ιν λοχατιονσ ωηερε σεροπρεϖαλενχε ισ ηιγη. Αµονγ οτηερ χοµπονεντσ, τηεσε σερϖιχεσ ωουλδ νεεδ το µακε στεριλε νεεδλεσ αϖαιλαβλε, δετερ πεοπλε φροµ σηαρινγ ινϕεχτιον εθυιπ− µεντ, ο⇑ερ δρυγ αβυσε τρεατµεντ ανδ ρεδυχε τηε νυµβερ οφ πεοπλε ωηο σταρτ το ινϕεχτ δρυγσ. Ενχουραγινγ τηε υσε οφ νονινϕεχταβλε φορµσ οφ τηεσε δρυγσ ηασ αλσο βεεν συγγεστεδ ασ α ωαψ το πρε− ϖεντ τηε τρανσµισσιον οφ ΗΙς. Βυτ ωορκ− αβλε στρατεγιεσ φορ ιµπλεµεντινγ τηισ ιδεα ηαϖε νοτ ψετ βεεν δεϖελοπεδ. Τ ηε βιγγεστ οβσταχλε το ρεδυχινγ τηε σπρεαδ οφ ΗΙς αµονγ δρυγ υσερσ ισ νειτηερ α λαχκ οφ ρεσουρχ− εσ νορ α λαχκ οφ κνοωλεδγε βυτ α λαχκ οφ πολιτιχαλ ρεσολϖε το υτιλιζε αλρεαδψ εξ− ιστινγ ινφορµατιον. Μανψ οφ τηε στρατ− εγιεσ φορ πρεϖεντινγ ΗΙς ινφεχτιον ηαϖε ρεασοναβλε εϖιδενχε φορ τηειρ εφ− φεχτιϖενεσσ βυτ ρεµαιν ηιγηλψ πολιτιχαλ− λψ χηαργεδ. Ιν Ευροπε, προγραµσ τηατ ο⇑ερ µαιντενανχε τρεατµεντ ηαϖε ρε− µαινεδ χοντεστεδ, ανδ τηατ αππροαχη ισ νοτ ωιδελψ υσεδ. Ιν σοµε χιτιεσ, συχη ασ Αµστερδαµ, εϖεν ωηεν µετηαδονε µαιντενανχε ισ περµιττεδ, ιτ ισ προϖιδ− εδ ατ δοσαγεσ τηατ αρε τοο λοω το βε ε⇑εχτιϖε ανδ φορ περιοδσ τηατ αρε τοο σηορτ. Ιν οτηερ πλαχεσ, α υσερ µυστ αλ− ρεαδψ βε ινφεχτεδ ωιτη ΗΙς βεφορε ηε ορ σηε ισ περµιττεδ το ρεχειϖε µετηαδονε µαιντενανχε τρεατµεντ. Ιν τηε Υ.Σ., ανδ το α λεσσερ εξτεντ ιν Σωεδεν, σψρινγε εξχηανγεσ ανδ οϖερ− τηε−χουντερ σαλεσ οφ στεριλε ινϕεχτιον εθυιπµεντ ηαϖε ρεµαινεδ ϖερψ χοντρο− ϖερσιαλ. Οππονεντσ οφ λεγαλ αχχεσσ το συχη εθυιπµεντ ηαϖε χλαιµεδ τηατ τηεσε προγραµσ ωουλδ προµοτε ιλλιχιτ δρυγ ινϕεχτιον ανδ ωουλδ βε τακεν ασ αν ο⇔χιαλ χονδονινγ οφ τηε βεηαϖιορ. Ψετ νο στυδψ ηασ φουνδ ανψ εϖιδενχε το συππορτ τηισ χοντεντιον. Ιν τηε Υ.Σ., τηε δεβατε οϖερ σψρινγε εξχηανγε ηασ βεεν χοµπλιχατεδ βψ ουρ ηιστοριχαλ τενδενχψ το στιγµατιζε χερταιν ετηνιχ γρουπσ φορ τηειρ ιλλιχιτ δρυγ υσε, αδδινγ ραχιαλ ηοσ− τιλιτψ το τηε δεβατε οϖερ ΑΙ∆Σ πρεϖεντιον [σεε Οπιυµ, Χοχαινε ανδ Μαριϕυανα ιν Αµεριχαν Ηιστορψ, βψ ∆αϖιδ Φ. Μυστο; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, ϑυλψ 1991]. Σοµε οφ τηε οπποσιτιον το σψρινγε εξ− χηανγε, οϖερ−τηε−χουντερ σαλεσ οφ ινϕεχ− τιον εθυιπµεντ ανδ οτηερ λεσσ δανγερ− ουσ ινϕεχτιον προγραµσ δοεσ νοτ χον− σιδερ ρεσεαρχη ορ σχιεντι⇒χ εϖιδενχε. Ιν Σωεδεν τηε Παρλιαµεντ ρεϕεχτεδ τηε ⇒νδινγσ οφ αν εϖαλυατιον στυδψ τηατ χαλλεδ φορ τηε εξπανσιον οφ τηε εξιστινγ σψρινγε εξχηανγε πλανσ ιντο α νατιοναλ σψστεµ. Ιν τηε Υ.Σ., φεδεραλ λεγισλατιον προηιβιτεδ φυνδινγ οφ σιµιλαρ εξχηανγε σερϖιχεσ υνλεσσ τηε συργεον γενεραλ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 87 COUNSELING AND TESTING NANTES, FRANCE MILAN STOCKHOLM CONNECTICUT NEW YORK CITY SAN FRANCISCO OTHER CITIES IN U.S. EDUCATION AND INFORMATION CAMPAIGNS CHICAGO NEW JERSEY BRISBANE, AUSTRALIA GERMANY PADUA ROME MEXICO MADRID INCREASED ILLEGAL SALE OF SYRINGES NEW YORK CITY LEGAL SALE OF SYRINGES INNSBRUCK PARIS GLASGOW MEDIA COVERAGE AND SOCIAL SUPPORT NEW YORK CITY OTHER CITIES IN U.S. METHADONE TREATMENT ITALY AMSTERDAM STOCKHOLM NEW YORK CITY PHILADELPHIA BALTIMORE SAN FRANCISCO OUTREACH AND BLEACH DISTRIBUTION CHICAGO SACRAMENTO SAN FRANCISCO OTHER CITIES IN U.S. OUTREACH AND INCREASED TREATMENT NEW JERSEY NEW YORK CITY OTHER CITIES IN U.S. SYRINGE EXCHANGE AUSTRALIA AMSTERDAM LUND, SWEDEN LONDON SAN FRANCISCO TACOMA OTHER CITIES IN U.K. φουνδ συχη πραχτιχεσ το βε σαφε ανδ εφ− φεχτιϖε. Βυτ υντιλ 1992, τηε φεδεραλ γοϖ− ερνµεντ ρεφυσεδ το φυνδ ρεσεαρχη το εξαµινε τηε σαφετψ ανδ ε⇑εχτιϖενεσσ οφ τηε λοχαλλψ φυνδεδ ε⇑ορτσ. Τηεσε χουντερπροδυχτιϖε αττιτυδεσ αρε σλοωλψ χηανγινγ. Τηε δεβατε αβουτ µετηοδσ το πρεϖεντ ΑΙ∆Σ αµονγ δρυγ υσερσ ηασ λεδ το α γενεραλ ρετηινκινγ οφ 88 ΜΕΤΗΑ∆ΟΝΕ ΒΥΣ ανδ ηεαλτη ωορκερσ ιν Αµστερδαµ µακε τρεατµεντ αϖαιλαβλε το δρυγ υσερσ, τηερεβψ ρεδυχινγ τηε υσε οφ ιλλιχιτ δρυγσ ανδ, χονσεθυεντλψ, τηε ρισκ οφ σπρεαδινγ ΗΙς τηρουγη ινϕεχτιον. ηοω βεστ το ρεγυλατε τηε υσε οφ λιχιτ ανδ ιλλιχιτ δρυγσ. Αν αππροαχη χαλλεδ ηαρµ ρεδυχτιον ηασ δεϖελοπεδ φροµ ωορκ δονε ιν τηε Νετηερλανδσ, τηε Υ.Κ. ανδ Αυστραλια. Τηε ηαρµ−ρεδυχτιον περσπεχ− τιϖε πραγµατιχαλλψ αχκνοωλεδγεσ τηε δι⇔χυλτιεσ οφ ενδινγ αλλ µισυσε οφ πσψ− χηοαχτιϖε δρυγσ. Νεϖερτηελεσσ, ιτ εµ− πηασιζεσ τηε ποσσιβιλιτιεσ φορ ρεδυχινγ τηε ινδιϖιδυαλ ανδ σοχιαλ ηαρµ ασσοχι− ατεδ ωιτη δρυγ υσε. Ηαρµ−ρεδυχτιον προγραµσ χονσιδερ ιτ ποσσιβλε το λοωερ τηε χηανχε οφ ΗΙς ινφεχτιον αµονγ περσονσ ωηο χοντινυε το τακε δρυγσ∇ϕυστ ασ ιτ ισ ποσσιβλε το ρεδυχε τηε χηανχεσ οφ αυτοµοβιλε αχχι− δεντσ αµονγ περσονσ ωηο χοντινυε το δρινκ αλχοηολ. Ηαρµ−ρεδυχτιον προ− γραµσ αρε παρτιχυλαρλψ χοµπατιβλε ωιτη σχιεντι⇒χ ρεσεαρχη ον βεηαϖιορ στεµ− µινγ φροµ δρυγ υσε βεχαυσε συχη δατα αρε χριτιχαλ το δετερµινινγ ωηιχη σοχιαλ ανδ πυβλιχ ηεαλτη πολιχιεσ ωορκ. ΗΙς ινφεχτιον αµονγ δρυγ υσερσ ωηο ινϕεχτ, τηειρ σεξυαλ παρτνερσ ανδ τηειρ χηιλδρεν ισ νοω α γλοβαλ πυβλιχ ηεαλτη προβλεµ [σεε Υνδερστανδινγ τηε ΑΙ∆Σ Πανδεµιχ, βψ Ροψ Μ. Ανδερσον ανδ Ροβερτ Μ. Μαψ; ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαψ 1992]. Ιτ ισ ϖερψ λικελψ τηατ τηε σιτυ− ατιον ωιλλ χοντινυε το ωορσεν ασ βοτη δρυγ υσε ανδ ΗΙς ινφεχτιον αµονγ υσ− ερσ εξτενδσ το µορε δεϖελοπινγ χουν− τριεσ. Πρεσεντ ρισκ−ρεδυχτιον στρατεγιεσ ο⇑ερ α γοοδ ποσσιβιλιτψ φορ πρεϖεντινγ επιδεµιχσ ιν πλαχεσ ωηερε ΗΙς πρεϖα− λενχε ισ λοω ανδ ωηερε αδεθυατε ρε− σουρχεσ φορ χοµµυνιτψ ουτρεαχη ανδ στεριλε ινϕεχτιον εθυιπµεντ αρε αϖαιλ− αβλε. Αχτυαλλψ ρεδυχινγ φυρτηερ ΗΙς τρανσµισσιον αµονγ δρυγ υσερσ, ηοω− εϖερ, ρεθυιρεσ α πολιτιχαλ πηιλοσοπηψ τηατ εναβλεσ ο⇔χιαλσ το ιµπλεµεντ τηε ⇒νδινγσ οφ χυρρεντ ρεσεαρχη. Σο φαρ, ανδ ατ γρεατ σοχιαλ χοστ, συχη ενλιγητεν− µεντ ηασ ελυδεδ µανψ γοϖερνµεντσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΗΙς−1 ΙΝΦΕΧΤΙΟΝ ΑΜΟΝΓ ΙΝΤΡΑςΕΝΟΥΣ ΙΝΤΕΡΝΑΤΙΟΝΑΛ ΕΠΙ∆ΕΜΙΟΛΟΓΨ ΟΦ ΗΙς ΑΝ∆ ∆ΡΥΓ ΥΣΕΡΣ ΙΝ ΜΑΝΗΑΤΤΑΝ, ΝΕΩ ΨΟΡΚ ΑΙ∆Σ ΑΜΟΝΓ ΙΝϑΕΧΤΙΝΓ ∆ΡΥΓ ΥΣΕΡΣ. ∆. Χ. ΧΙΤΨ, ΦΡΟΜ 1977 ΤΗΡΟΥΓΗ 1987. ∆. Χ. ∆εσ ϑαρλαισ, Σ. Ρ. Φριεδµαν, Κ. Χηοοπαν− ∆εσ ϑαρλαισ ετ αλ. ιν ϑουρναλ οφ τηε Αµερι− ψα, Σ. ςανιχησενι ανδ Τ. Π. Ωαρδ ιν ΑΙ∆Σ, χαν Μεδιχαλ Ασσοχιατιον, ςολ. 261, Νο. 7, ςολ. 6, Νο. 10, παγεσ 1053∠1068; 1992. παγεσ 1008∠1012; Φεβρυαρψ 17, 1989. ΗΑΡΜ ΡΕ∆ΥΧΤΙΟΝ: Α ΠΥΒΛΙΧ ΗΕΑΛΤΗ ΡΕ− ΗΙς ΑΜΟΝΓ ∆ΡΥΓ ΙΝϑΕΧΤΟΡΣ: ΤΗΕ ΕΠΙ∆ΕΜ− ΣΠΟΝΣΕ ΤΟ ΤΗΕ ΑΙ∆Σ ΕΠΙ∆ΕΜΙΧ ΑΜΟΝΓ ΙΝ− ΙΧ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΡΕΣΠΟΝΣΕ. Σ. Ρ. Φριεδµαν ανδ ϑΕΧΤΙΝΓ ∆ΡΥΓ ΥΣΕΡΣ. ∆. Χ. ∆εσ ϑαρλαισ, Σ. ∆. Χ. ∆εσ ϑαρλαισ ιν ΑΙ∆Σ Χαρε, ςολ. 3, Νο. Ρ. Φριεδµαν ανδ Τ. Π. Ωαρδ ιν Αννυαλ Ρε− 3, παγεσ 239∠250; Σεπτεµβερ 1991. ϖιεω οφ Πυβλιχ Ηεαλτη, ςολ. 14; 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τηε Τερρορ Βιρδσ οφ Σουτη Αµεριχα These huge, swift creatures were the dominant carnivores of the continent for millions of years, until competitors drove them into extinction βψ Λαρρψ Γ. Μαρσηαλλ Ι τ ισ α συµµερ δαψ ον τηε παµπασ οφ χεντραλ Αργεντινα σοµε ⇒ϖε µιλ− λιον ψεαρσ αγο. Α ηερδ οφ σµαλλ, ηορσελικε µαµµαλσ αρε γραζινγ πεαχε− φυλλψ ιν τηε ωαρµ συν. Νονε οφ τηε ανι− µαλσ ισ αωαρε οφ τηε ϖιγιλαντ χρεατυρε στανδινγ 50 µετερσ αωαψ ιν τηε ταλλ γρασσ. Μοστ οφ τηε ωατχηερ∏σ τριµ, φεατη− ερεδ βοδψ ισ χονχεαλεδ βψ τηε ϖεγετα− τιον. Ιτσ εψεσ, σετ ον τηε σιδεσ οφ α δισ− προπορτιονατελψ λαργε ηεαδ περχηεδ ον α λονγ ανδ ποωερφυλ νεχκ, αρε ⇒ξεδ ον τηε ηερδ. Τηε ηεαδ µοϖεσ φροµ σιδε το σιδε ιν σηορτ, ραπιδ ϕερκσ, περµιττινγ α ⇒ξ ον τηε πρεψ ωιτηουτ τηε αιδ οφ στερεοσχοπιχ ϖισιον. Σοον τηε ηεαδ δροπσ το τηε λεϖελ οφ τηε γρασσ, ανδ τηε χρεατυρε µοϖεσ φορ− ωαρδ α φεω µετερσ, τηεν ραισεσ ιτσ ηεαδ αγαιν το ρενεω τηε συρϖειλλανχε. Ατ α διστανχε οφ 30 µετερσ, τηε ανιµαλ ισ αλ− µοστ ρεαδψ το ατταχκ. Ιν πρεπαρατιον, ιτ λοωερσ ιτσ ηεαδ το α λαργε ροχκ χλοσε το ιτσ φεετ, ρυββινγ ιτσ δεεπ βεακ τηερε το σηαρπεν τηε βλαδελικε εδγεσ. Νοω τηε τερρορ βριστλεσ ιτσ φεατηερσ ανδ σπρινγσ. Προπελλεδ βψ ιτσ τωο λονγ, µυσχυλαρ λεγσ, ιτ δασηεσ τοωαρδ τηε ηερδ. Ωιτηιν σεχονδσ ιτ ισ µοϖινγ ατ 70 κιλο− ΛΑΡΡΨ Γ. ΜΑΡΣΗΑΛΛ ισ α ρεσεαρχη σχι− εντιστ ατ τηε Ινστιτυτε οφ Ηυµαν Οριγινσ ιν Βερκελεψ, Χαλιφ. Ηε ρεχειϖεδ ηισ Πη.∆. ιν παλεοντολογψ ιν 1976 φροµ τηε Υνιϖερ− σιτψ οφ Χαλιφορνια, Βερκελεψ. Σινχε 1974 ηε ηασ ωορκεδ ον τηε εϖολυτιοναρψ ηισ− τορψ οφ Σουτη Αµεριχαν λανδ µαµµαλσ. Ιν χοννεχτιον ωιτη τηατ ωορκ, ηε ηασ παρ− τιχιπατεδ ιν 22 εξπεδιτιονσ το Αργεντινα, Βολιϖια, Βραζιλ, Χηιλε, Χολοµβια, Μεξιχο ανδ Περυ. Ηε ηασ χολλαβορατεδ ιν α νυµ− βερ οφ προγραµσ ον δατινγ Σουτη Αµερι− χαν ροχκσ ανδ ανιµαλσ ανδ ισ χυρρεντλψ ινϖολϖεδ ιν α λονγ−τερµ προγραµ το δοχ− υµεντ τηε ρελατιον βετωεεν τηε υπλιφτ οφ τηε Ανδεσ µουνταιν ρανγε ανδ χονχυρ− ρεντ χηανγεσ ιν τηε χοντινενταλ φαυνασ. 90 µετερσ περ ηουρ. Ιτσ σµαλλ ωινγσ, υσε− λεσσ φορ ⇓ιγητ, αρε εξτενδεδ το τηε σιδεσ ιν αιδ οφ βαλανχε ανδ µανευϖεραβιλιτψ. Τηε ηερδ, στριχκεν ωιτη φριγητ, βολτσ ιν δισαρραψ ασ τηε πρεδατορ βεαρσ δοων. Τηε ατταχκερ ⇒ξεσ ιτσ αττεντιον ον αν ολδ µαλε λαγγινγ βεηινδ τηε ⇓εεινγ ανι− µαλσ ανδ θυιχκλψ γαινσ ον ιτ. Αλτηουγη τηε ολδ µαλε ρυνσ δεσπερατελψ, τηε ατ− ταχκερ ισ σοον ατ ιτσ σιδε. Ωιτη α στυν− νινγ σιδεσωιπε οφ ιτσ ποωερφυλ λεφτ φοοτ, ιτ κνοχκσ τηε πρεψ ο⇑ βαλανχε, σειζεσ ιτ ιν ιτσ µασσιϖε βεακ ανδ, ωιτη σωινγινγ µοτιονσ οφ ιτσ ηεαδ, βεατσ ιτ ον τηε γρουνδ υντιλ ιτ ισ υνχονσχιουσ. Νοω τηε ατταχκερ χαν σωαλλοω τηε λιµπ βοδψ ωηολε∇αν εασψ φεατ, γιϖεν τηε χρεα− τυρε∏σ µετερ−λονγ ηεαδ ανδ ηαλφ−µετερ γαπε. Χοντεντ, τηε γοργεδ πρεδατορ ρε− τυρνσ το ιτσ ρουνδ νεστ οφ τωιγσ ιν τηε γρασσ νεαρβψ ανδ ρεσυµεσ τηε ινχυβα− τιον οφ τωο εγγσ τηε σιζε οφ βασκετβαλλσ. Μ εετ τηε τερρορ βιρδσ, τηε µοστ σπεχταχυλαρ ανδ φορµιδαβλε γρουπ οφ ⇓ιγητλεσσ, ⇓εση−εατινγ βιρδσ τηατ εϖερ λιϖεδ. Τηεψ αρε αλλ εξτινχτ νοω, βυτ τηεψ ωερε ονχε το τηε λανδ ωηατ σηαρκσ αρε το τηε σεασ: ενγινεσ οφ δεστρυχτιον ανδ αωεσοµε εατινγ µα− χηινεσ. Ιν τηειρ τιµε, φροµ 62 µιλλιον ψεαρσ το αβουτ 2.5 µιλλιον ψεαρσ αγο, τηεψ βεχαµε τηε δοµιναντ χαρνιϖορεσ οφ Σουτη Αµεριχα. Τηε στορψ οφ τηειρ ρισε ανδ δεχλινε ισ µψ συβϕεχτ ηερε. Τηε τερρορ βιρδσ αρε µεµβερσ οφ α γρουπ ορνιτηολογιστσ χαλλ πηορυσρηα− χοιδσ. Τηε ⇒ρστ πηορυσρηαχοιδ το βε δε− σχριβεδ σχιεντι⇒χαλλψ∇ιν 1887 βψ τηε Αργεντινε παλεοντολογιστ Φλορεντινο Αµεγηινο∇ωασ α φοσσιλ τηατ ηε ναµεδ Πηορυσρηαχοσ λονγισσιµυσ. (Λονγισσιµυσ ισ τηε σπεχιεσ, Πηορυσρηαχοσ τηε γενυσ. Ταξονοµιστσ γο ον το χλασσιφψ λιϖινγ ανδ εξτινχτ οργανισµσ ιν ινχρεασινγλψ λαργερ γρουπσ: φαµιλψ, ορδερ, χλασσ, πηψ− λυµ ανδ κινγδοµ.) Τηε φοσσιλ χαµε φροµ τηε Σαντα Χρυζ Φορµατιον ιν Πατα− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. γονια, τηε σουτηερνµοστ ρεγιον οφ Αρ− γεντινα; τηε φορµατιον ισ αβουτ 17 µιλ− λιον ψεαρσ ολδ. Αµεγηινο ανδ οτηερ ρεσεαρχηερσ ρε− χονστρυχτεδ τηε αππεαρανχε οφ τηε βιρδσ φροµ τηειρ φοσσιλ ρεµαινσ ανδ τηειρ βε− ηαϖιορ φροµ ωηατ χρεατυρεσ τηατ µιγητ βε λιϖινγ ρελατιϖεσ δο. Τηε ινϖεστιγατορσ ινιτιαλλψ ιντερπρετεδ τηε ⇓εση−εατινγ ηαβ− ιτσ οφ τηε πηορυσρηαχοιδσ ασ αν ινδιχα− τιον τηατ τηεψ ωερε ρελατεδ το µοδερν εαγλεσ ανδ ηαωκσ. Νοτ αλλ παλεοντολο− γιστσ αγρεεδ, ανδ τηε ισσυε ωασ δεβατεδ οϖερ τηε νεξτ 12 ψεαρσ. Χηαρλεσ Ω. Αν− Copyright 1994 Scientific American, Inc. δρεωσ οφ τηε Βριτιση Μυσευµ ρεσολϖεδ τηε χοντροϖερσψ ιν 1899, χονχλυδινγ τηατ αµονγ αλλ λιϖινγ ανδ εξτινχτ γρουπσ, τηε πηορυσρηαχοιδσ ωερε µοστ χλοσελψ ρελατεδ το τηε Σουτη Αµεριχαν σεριεµα βιρδσ, ωηιχη χουλδ αλσο βε ρεγαρδεδ ασ τηε στρυχτυραλ ανχεστορσ οφ τηε πηορυσ− ρηαχοιδσ. Σεριεµασ λιϖε τοδαψ ιν τηε γρασσλανδσ οφ νορτηερν Αργεντινα, εαστ− ερν Βολιϖια, Παραγυαψ ανδ χεντραλ ανδ εαστερν Βραζιλ. Σεριεµασ ανδ πηορυσ− ρηαχοιδσ αρε χλασσι⇒εδ ασ µεµβερσ οφ τηε ορδερ Γρυιφορµεσ, ωηιχη ινχλυδεσ χρανεσ ανδ ραιλσ ανδ τηειρ κιν. ΤΕΡΡΟΡ ΒΙΡ∆ πρεπαρεσ το εατ α σµαλλ, ηορσελικε ανιµαλ (Βραχηψτηεριυµ ) τηατ ιτ ηασ χαυγητ ιν α σωιφτ χηασε ανδ στυννεδ βψ ηολδινγ τηε πρεψ ιν ιτσ βεακ ανδ βεατινγ ιτ αγαινστ τηε γρουνδ. Τηισ βιρδ (Ανδαλγαλορνισ ), ωηιχη ωασ ασ ταλλ ασ α ηυµαν, ωασ ονε οφ µανψ σπεχιεσ∇αλλ νοω εξτινχτ∇κνοων ασ πηορυσρηαχοιδσ. Τηεψ ωερε τηε δοµιναντ τερρεστριαλ χαρνιϖορεσ οφ Σουτη Αµεριχα υντιλ αβουτ τωο µιλλιον ψεαρσ αγο. Τηερε αρε τωο λιϖινγ σεριεµα σπεχιεσ, τηε ρεδ−λεγγεδ σεριεµα (Χαριαµα χρισ− τατα) ανδ τηε βλαχκ−λεγγεδ, ορ Βυρµεισ− τερ∏σ, σεριεµα (Χηυνγα βυρµειστερι ). Τηεσε βιρδσ ρεαχη α ηειγητ οφ 0.7 µε− τερ. Τηεψ αρε λιγητ−βοδιεδ, λονγ−λεγγεδ ανδ λονγ−νεχκεδ. Τηειρ ωινγσ αρε σµαλλ ρελατιϖε το τηειρ βοδψ, ανδ τηε βιρδσ ρε− σορτ το σπυρτσ οφ σηορτ−διστανχε ⇓ιγητ ονλψ ωηεν πρεσσεδ. Τηεψ αρε εξχελλεντ ρυννερσ, αβλε το ατταιν σπεεδσ ιν εξχεσσ οφ 60 κιλοµετερσ περ ηουρ. Σεριεµασ βυιλδ τωιγ νεστσ, φουρ το σιξ µετερσ STALKING αβοϖε τηε γρουνδ, ιν λοω τρεεσ. Τηε ψουνγ, υσυαλλψ τωο, µατυρε ιν αβουτ τωο ωεεκσ, ωηερευπον τηεψ λεαϖε τηε νεστ το λιϖε ανδ ηυντ ιν τηε νεαρβψ γρασσ− λανδσ. Λικε µοστ χαρνιϖορουσ ανιµαλσ, σεριεµασ αρε τερριτοριαλ. Τηειρ χαλλ ηασ βεεν δεσχριβεδ ασ εεριε ανδ πιερχινγ. Λικε τηε πηορυσρηαχοιδσ, σεριεµασ αρε χαρνιϖορουσ. Τηεψ εατ ινσεχτσ, ρεπ− τιλεσ, σµαλλ µαµµαλσ ανδ οτηερ βιρδσ. Υνδερ φαϖοραβλε χονδιτιονσ, τηεψ ωιλλ ατταχκ λαργερ γαµε. Τηεψ σειζε τηειρ πρεψ ιν τηειρ βεακσ ανδ βεατ τηε ανιµαλ ον τηε γρουνδ υντιλ ιτ ισ λιµπ ενουγη το βε σωαλλοωεδ ωηολε. Τηισ φεεδινγ στρατεγψ ισ αλσο πραχτιχεδ τοδαψ βψ τηε ροαδρυν− νερ (Γεοχοχχψξ χαλιφορνιανυσ ) οφ τηε σουτηωεστερν Υ.Σ. ανδ τηε σεχρεταρψ βιρδ (Σαγιτταριυσ σερπενταριυσ) οφ Αφριχα. Σεριεµασ αρε πλαχεδ ιν τηε φαµιλψ Χαριαµιδαε, ωηιχη νοω ισ ρεστριχτεδ το Σουτη Αµεριχα. Αβουτ 10 φοσσιλ σπεχιεσ ηαϖε βεεν φουνδ τηερε, τηε ολδεστ βεινγ φροµ τηε µιδδλε Παλεοχενε εποχη (σοµε 62 µιλλιον ψεαρσ αγο) οφ Βραζιλ. Ρελατιϖεσ οφ τηισ γρουπ αρε ρεπρεσεντεδ βψ τωο φοσσιλ φαµιλιεσ: τηε Βατηορνιτηι− δαε, ωηιχη αππεαρ ιν βεδσ 40 το 20 µιλ− λιον ψεαρσ ολδ ιν Νορτη Αµεριχα, ανδ τηε Ιδιορνιτηιδαε, φουνδ ιν χερταιν Ευ− ροπεαν ροχκ φορµατιονσ 40 το 30 µιλ− λιον ψεαρσ ολδ. Σοµε ωορκερσ βελιεϖε τηεσε φαµιλιεσ αρε σο χλοσελψ ρελατεδ τηατ τηεψ σηουλδ αλλ βε γρουπεδ ιν τηε φαµιλψ Χαριαµιδαε. Μ οστ οφ τηε τερρορ βιρδσ ωερε χονσιδεραβλψ λαργερ τηαν τηειρ λιϖινγ ρελατιϖεσ. Τηε χρεατυρεσ ρανγεδ ιν ηειγητ φροµ ονε το τηρεε µε− τερσ (ϕυστ σηψ οφ 10 φεετ). Τηε εαρλιεστ κνοων µεµβερσ αρε ϖιρτυαλλψ ασ σπε− χιαλιζεδ ασ τηε λατεστ, ινδιχατινγ τηατ τηεψ οριγινατεδ βεφορε τηειρ ⇒ρστ απ− πεαρανχε ιν τηε φοσσιλ ρεχορδ. RUNNING ΗΥΝΤΙΝΓ ΤΕΧΗΝΙΘΥΕ οφ α τερρορ βιρδ ωασ φοχυσεδ ανδ δεαδλψ. Λιϖινγ ον τηε παµ− πασ οφ Σουτη Αµεριχα, τηε βιρδ χουλδ σταψ ηιδδεν ιν τηε γρασσ υντιλ ιτ ηαδ δραων χλοσε το ιτσ πρεψ. Ιτ ωουλδ τηεν δαση τοωαρδ ιτσ ϖιχτιµ ατ σπεεδσ χλοσε το 70 κιλοµε− τερσ περ ηουρ, σειζε τηε χατχη ιν ιτσ βεακ ανδ ρενδερ ιτ υνχονσχιουσ βψ βεατινγ ιτ αγαινστ τηε γρουνδ. Ιτ οφτεν ατε ιτσ χατχη ωηολε. Ηαϖινγ νο νατυραλ πρεδατορσ ιτσελφ, ιτ χουλδ τηεν φεεδ ατ λεισυρε βεφορε ρετυρνινγ το ιτσ νεστ. STUNNING 92 Αβουτ α δοζεν γενερα ανδ 25 σπεχιεσ οφ τερρορ βιρδσ ηαϖε βεεν ρεχογνιζεδ. Τηε ρελατιον αµονγ τηεµ ισ στιλλ νοτ χλεαρ. Τηεψ ωερε χλασσι⇒εδ ιν 1960 βψ Βρψαν Παττερσον οφ τηε Μυσευµ οφ Χοµπαρατιϖε Ζοολογψ ατ Ηαρϖαρδ Υνι− ϖερσιτψ ανδ ϑοργε Λ. Κραγλιεϖιχη οφ τηε Μυνιχιπαλ Μυσευµ οφ Νατυραλ ανδ Τρα− διτιοναλ Σχιενχεσ οφ Μαρ δελ Πλατα, Αρ− γεντινα. Τηισ χλασσι⇒χατιον ορδερεδ τηε τερρορ βιρδσ ιν τηρεε φαµιλιεσ τηατ, ιν χοµπαρισον το φαµιλιεσ οφ µαµµαλσ, ινχλυδε ανιµαλσ οφ µεδιυµ, λαργε ανδ γιγαντιχ σιζε. Οτηερ ωορκερσ, βασινγ τηειρ ϖιεω ον τηε περιοδ οφ γρεατεστ δι− ϖερσιτψ αµονγ τερρορ βιρδσ, αχηιεϖεδ βε− τωεεν ⇒ϖε ανδ τηρεε µιλλιον ψεαρσ αγο, ρεχογνιζε τωο φαµιλιεσ∇γιγαντιχ ανδ µεδιυµ∇ασ ωελλ ασ τωο συβφαµιλιεσ. Σοµε ρεσεαρχηερσ πλαχε αλλ τηε φοσσιλσ ιν ονε φαµιλψ. Ιν τηε τηρεε−φαµιλψ σψστεµ τηε γιγαν− τιχ φορµσ αρε µεµβερσ οφ τηε φαµιλψ Βροντορνιτηιδαε. Φοσσιλσ οφ τηισ φαµιλψ ηαϖε βεεν φουνδ ιν βεδσ ρανγινγ ιν αγε φροµ 27 το 17 µιλλιον ψεαρσ. Α ηεαϖψ, πονδερουσ βυιλδ χηαραχτεριζεδ τηε βιρδσ; τηε λεγ βονεσ ωερε φαιρλψ σηορτ, τηε βεακσ µασσιϖε. Τηισ εϖιδενχε συγ− γεστσ τηατ τηε βιρδσ ωερε χυµβερσοµε ρυννερσ, σλοωερ αφοοτ τηαν τηε µεµ− βερσ οφ τηε οτηερ τωο φαµιλιεσ. Νεξτ χοµεσ τηε φαµιλψ Πηορυσρηαχι− δαε. Ιτσ µεµβερσ ρανγεδ βετωεεν τωο ανδ τηρεε µετερσ ιν ηειγητ. Φοσσιλσ ηαϖε βεεν φουνδ ιν ροχκσ ρανγινγ ιν αγε φροµ 27 µιλλιον το τηρεε µιλλιον ψεαρσ. Τηε τηιρδ φαµιλψ, Πσιλοπτεριδαε, χοµ− πρισεδ θυιτε σµαλλ µεµβερσ; µοστ οφ τηεµ στοοδ νο µορε τηαν ονε µετερ ιν ηειγητ. Τηειρ κνοων φοσσιλσ ρανγε φροµ 62 µιλλιον το τωο µιλλιον ψεαρσ ιν αγε. Ωιτηιν τηισ φαµιλψ ισ τηε ολδεστ κνοων πηορυσρηαχοιδ, Παλεοπσιλοπτερυσ, φουνδ ιν Βραζιλ. Μεµβερσ οφ τηεσε λαστ τωο ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 EATING GORGED Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΛΙςΙΝΓ ΡΕΛΑΤΙςΕΣ οφ τηε πηορυσρηαχοιδσ αρε τηε σεριεµα βιρδσ οφ Σουτη Αµεριχα: τηε ρεδ−λεγγεδ (Χαριαµα χριστατα ) ανδ τηε βλαχκ−λεγγεδ, ορ Βυρµειστερ∏σ, σεριεµα (Χηυνγα βυρµεισ− φαµιλιεσ ωερε λιγητλψ βυιλτ, σωιφτ ρυν− νερσ. Τηεψ ωερε τηε ονεσ τηατ βεχαµε τηε δοµιναντ ρυννινγ χαρνιϖορεσ οφ τηειρ τιµε, ανδ τηεψ ηελδ τηατ στατυσ φορ µιλλιονσ οφ ψεαρσ. Τηε φαχτ τηατ πηορυσρηαχοιδσ χαµε ιν σεϖεραλ σιζεσ ινδιχατεσ τηατ τηε αδυλτσ ωερε χαπαβλε οφ πρεψινγ ον α ωιδε ϖαρι− ετψ οφ ανιµαλσ, φροµ ροδεντσ το λαργε ηερβιϖορεσ. Αλτηουγη σοµε οφ τηε αδυλτ ηερβιϖορεσ ωερε ασ βιγ ασ σοµε αδυλτ πηορυσρηαχοιδσ, τηε βιρδσ χουλδ εασιλψ ηαϖε πρεψεδ ον τηε ψουνγ ονεσ. Πηορυσ− ρηαχοιδσ νεωλψ ουτ οφ τηε νεστ ωουλδ ηαϖε ηαδ δι⇑ερεντ φοοδ νεεδσ βεχαυσε τηεψ ωερε σµαλλερ; τηεψ προβαβλψ ηυντ− εδ ροδεντσ ανδ οτηερ σµαλλ ϖερτεβρατεσ, µυχη ασ τηειρ λιϖινγ σεριεµα ρελατιϖεσ στιλλ δο. ∆υρινγ µυχη οφ τηε αγε οφ µαµµαλσ (τηε παστ 66 µιλλιον ψεαρσ), πηορυσρηα− χοιδσ τηυσ οχχυπιεδ τηε ρολε οφ ⇓εετ− φοοτεδ χαρνιϖορεσ ιν Σουτη Αµεριχα. Τηεψ ωερε αβλε το ασσυµε τηισ ρολε βψ γιϖινγ υπ τηε γρεατεστ ϖιρτυε οφ βεινγ α βιρδ∇τηε ποωερ οφ ⇓ιγητ. Τηε δοορ το δοµινανχε ασ χαρνιϖορεσ οπενεδ το τηε πηορυσρηαχοιδσ ωηεν τηειρ πρεδεχεσ− σορσ ιν τηατ ρολε∇τηε σµαλλ, βιπεδαλ δι− νοσαυρσ κνοων ασ χοελυροσαυρσ∇δισ− αππεαρεδ ιν τηε δινοσαυρ εξτινχτιον 66 µιλλιον ψεαρσ αγο. Παλεοβιολογιστσ χαλλ συχη α τρανσιτιον αν εϖολυτιοναρψ ρελαψ. Τηε βοδψ φορµσ οφ τηε τερρορ βιρδσ ανδ τηε χοελυροσαυρσ ωερε θυιτε σιµι− λαρ : τριµ, ελονγατεδ βοδιεσ; λονγ, ποωερ− φυλ ηινδ λιµβσ; λονγ νεχκσ; λαργε ηεαδσ. Μανψ χοελυροσαυρσ ηαδ ρεδυχεδ αντερι− ορ λιµβσ, ινδιχατινγ τηατ τηε ανιµαλσ χαπτυρεδ, κιλλεδ ανδ προχεσσεδ πρεψ πριµαριλψ ωιτη τηε ηινδ λιµβσ ανδ µουτη, ασ τηε πηορυσρηαχοιδσ διδ. Χοε− Copyright 1994 Scientific American, Inc. τερι ). Τηε σεριεµασ, ωηιχη ρεαχη α ηειγητ οφ αβουτ 0.7 µετερ, ηυντ µυχη ασ τηε τερρορ βιρδσ διδ. Σεριεµα νεστσ αρε ιν λοω τρεεσ, βυτ τηε τερρορ βιρδσ βυιλτ νεστσ ον τηε γρουνδ. λυροσαυρσ αππαρεντλψ υσεδ τηειρ λονγ ταιλ ασ α βαλανχε ωηιλε ρυννινγ; πηορυσ− ρηαχοιδσ προβαβλψ υσεδ τηειρ ρεδυχεδ ωινγσ φορ τηε σαµε πυρποσε. ∆ι⇑ερεντ στρατεγιεσ ανδ αππενδαγεσ ωερε τηυσ εµπλοψεδ το σερϖε τηε σαµε φυνχτιοναλ πυρποσε. Τ ερρορ βιρδσ ανδ τηειρ ρελατιϖεσ αρε αλσο κνοων ουτσιδε Σουτη Αµερι− χα. Τηειρ διστριβυτιον ισ τηε κεψ το τηε ιντριγυινγ βιογεογραπηιχ ηιστορψ τηατ αχχουντσ φορ τηε γραδυαλ ενδινγ οφ τηε τερρορ βιρδσ∏ ρειγν ασ Σουτη Αµερι− χαν χαρνιϖορεσ. Ιν ροχκσ φροµ 55 µιλλιον το 45 µιλλιον ψεαρσ ολδ ιν Νορτη Αµεριχα, Ευροπε ανδ Ασια, λαργε χαρνιϖορουσ βιρδσ αρε ρεπρε− σεντεδ βψ τηε φαµιλψ ∆ιατρψµατιδαε∇α φαµιλψ τηατ, αχχορδινγ το µψ Βραζιλιαν χολλεαγυε Ηερχυλανο Μ. Φ. Αλϖαρενγα, δεϖελοπεδ χηαραχτεριστιχσ σιµιλαρ το τηοσε οφ τηε πηορυσρηαχοιδσ. ∆ιατρψµα− τιδαε φαµιλψ µεµβερσ ατταινεδ ηειγητσ οφ αβουτ τωο µετερσ. Λικε τηε πηορυσ− ρηαχοιδσ, τηεψ ηαδ µασσιϖε σκυλλσ ανδ λαργε χλαωσ. Τηειρ λεγσ, ηοωεϖερ, ωερε ρελατιϖελψ σηορτερ ανδ στυρδιερ, συγγεστ− ινγ τηατ τηεψ ωερε µορε µετηοδιχαλ ανδ χυµβερσοµε ιν τηειρ µοϖεµεντσ, µυχη ασ τηε βροντορνιτηιδσ ωερε. Α ρεπορτεδ πηορυσρηαχοιδ, Αµεγηι− νορνισ, ισ κνοων φροµ τηε Πηοσπηοριτεσ δυ Θυερχψ ροχκσ, 38 µιλλιον το 35 µιλ− λιον ψεαρσ ολδ, ιν Φρανχε. Τηισ ανιµαλ ωασ τηε σιζε οφ α λιϖινγ σεριεµα ανδ ωασ αππαρεντλψ χαπαβλε οφ βριεφ ⇓ιγητ. Τηε Ανταρχτιχ ισ αλσο τηε σχενε οφ σιµιλαρ φοσσιλσ. Τωο ισολατεδ φοοτπριντσ, 18 χεντιµετερσ ιν λενγτη, αρε κνοων ιν ροχκσ αβουτ 55 µιλλιον ψεαρσ ολδ ον τηε Φιλδεσ Πενινσυλα οφ Κινγ Γεοργε Ισλανδ ιν Ωεστ Ανταρχτιχα. Τηε τηρεε−τοεδ βιρδ ωασ βιγ, βροαδ ανδ ελονγατεδ, ειτηερ α ρατιτε (α ρηεα ορ αν οστριχη ορ ονε οφ τηειρ ρελατιϖεσ) ορ α πηορυσρηαχοιδ. Τηε αντεριορ παρτ οφ α πηορυσρηα− χοιδ∏σ βεακ ωασ χολλεχτεδ φροµ ροχκσ (40 µιλλιον ψεαρσ ολδ) οφ τηε Λα Μεσετα Φορµατιον ον Σεψµουρ Ισλανδ, ωηιχη ισ ον τηε σουτη σιδε οφ τηε Ανταρχτιχ Πενινσυλα. Τηε προπορτιονσ οφ τηε βεακ ινδιχατε τηατ τηε βιρδ ωασ µορε τηαν τωο µετερσ ταλλ. Φιναλλψ, α φορµιδαβλε πηορυσρηαχοιδ ναµεδ Τιτανισ ωαλλερι ισ κνοων φροµ ροχκσ αγεδ 2.5 µιλλιον το 1.5 µιλλιον ψεαρσ ιν νορτηερν Φλοριδα. Τηε εστιµατ− εδ ηειγητ οφ τηε βιρδ ισ µορε τηαν τηρεε µετερσ. Τηισ ρεχορδ ισ τηε ψουνγεστ ψετ φουνδ ανδ ρεπρεσεντσ τηε λαστ οφ τηε κνοων τερρορ βιρδσ. Α σχεναριο φορ τηισ παττερν οφ πηο− ρυσρηαχοιδ διστριβυτιον χαν βε χον− στρυχτεδ φροµ τηε πρεµισεσ τηατ τηεσε ⇓ιγητλεσσ βιρδσ ρεθυιρεδ οϖερλανδ ρουτεσ φορ δισπερσαλ ανδ τηατ τηε φοσσιλ ρεχορδ αχχυρατελψ ρε⇓εχτσ τηειρ οχχυρρενχε ιν σπαχε ανδ τιµε. Βοτη βιολογιχαλ ανδ γεολογιχ εϖιδενχε σηοω τηατ α χοντινυουσλψ δρψ λανδ βριδγε υνιτεδ Νορτη ανδ Σουτη Αµεριχα αβουτ 62 µιλλιον ψεαρσ αγο. Ιτ ραν βψ ωαψ οφ τηε Γρεατερ ανδ Λεσσερ Αντιλλεσ, προϖιδινγ αν οππορτυνιτψ φορ δισπερσαλ φορ ϖαριουσ γρουπσ οφ τερρεστριαλ ϖερτε− βρατεσ. Αµονγ τηεµ ωερε α σεριεµα ανδ α πηορυσρηαχοιδ (προβαβλψ α Πσιλοπτερι− δαε) τηατ δισπερσεδ νορτη. Φορτψ−⇒ϖε µιλλιον το 55 µιλλιον ψεαρσ αγο α λανδ χορριδορ βετωεεν Νορτη Αµεριχα ανδ Ευροπε τηατ ινχλυδεδ ωηατ ισ νοω Ελλεσµερε Ισλανδ προϖιδεδ αν− οτηερ ρουτε βψ ωηιχη τηε ραπτορσ χουλδ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 93 δισπερσε. Ονε γρουπ τηατ αππεαρεδ το οφ λαργε, ⇓ιγητλεσσ βιρδσ ροσε το τηε τοπ ρολε οφ λαργε ηερβιϖορεσ βψ πλαχενταλσ. ηαϖε υσεδ τηε ρουτε ωασ Αµεγηινορνισ, οφ τηε φοοδ πψραµιδ ιν Σουτη Αµεριχα Τηισ µαρσυπιαλ−πλαχενταλ χοµβινατιον ωηοσε ρεµαινσ ηαϖε βεεν φουνδ ιν ανδ ωηψ τηεψ ⇒ναλλψ λοστ τηατ ποσιτιον. ωασ υνιθυε αµονγ χοντινενταλ φαυνασ; Φρανχε. Α νοτε οφ χαυτιον ηερε ισ ιν ορ− Τηε ανσωερ λιεσ ιν τηε ηιστοριχαλ δεϖελ− βοτη ρολεσ ωερε ⇒λλεδ βψ µαρσυπιαλσ ιν δερ : τηε συπποσιτιον πρεσυµεσ τηατ τηε οπµεντ οφ τηε τερρεστριαλ φαυνα οφ Αυστραλια ανδ βψ πλαχενταλσ ιν Νορτη πηορυσρηαχοιδ γρουπ ωασ πρεσεντ ιν Σουτη Αµεριχα. Ρεχαλλ τηατ φορ µοστ οφ Αµεριχα, Ευροπε ανδ Ασια. Νορτη Αµεριχα. Νο φοσσιλσ οφ τηατ αγε τηε παστ 66 µιλλιον ψεαρσ Σουτη Αµερι− Τηε γρουπ οφ Σουτη Αµεριχαν µαρσυ− ηαϖε ψετ βεεν φουνδ τηερε. χα ωασ, ασ Αυστραλια ισ τοδαψ, αν ισλανδ πιαλσ τηατ εϖολϖεδ το ⇒λλ τηε πλαχε τηατ Φροµ ατ λεαστ 45 µιλλιον ψεαρσ αγο, χοντινεντ. Ασ α χονσεθυενχε οφ τηε πλαχενταλ δογσ ανδ χατσ εϖεντυαλλψ ηελδ περηαπσ ασ µυχη ασ 70 µιλλιον, α βοδψ γρουπσ τηατ ινηαβιτεδ εαχη χοντινεντ ον τηε νορτηερν χοντινεντσ ισ χαλλεδ οφ λανδ υνιτεδ σουτηερνµοστ Σουτη 66 µιλλιον ψεαρσ αγο, τηε ρολε οφ τερρεσ− βορηψαενοιδ. Ιτσ δογλικε µεµβερσ αρε Αµεριχα ανδ Ωεστ Ανταρχτιχα. Τηε εξισ− τριαλ µαµµαλ χαρνιϖορεσ ωασ ⇒λλεδ ιν φυρτηερ γρουπεδ ιντο τηρεε φαµιλιεσ. τενχε οφ α λανδ χοννεχτιον ατ τηισ τιµε Σουτη Αµεριχα βψ µαρσυπιαλσ ανδ τηε Τηεψ ρανγεδ ιν σιζε φροµ τηατ οφ α ισ συππορτεδ βψ α γρουπ οφ σκυνκ το τηατ οφ α βεαρ. Ονε µαρσυπιαλσ, αν αρµαδιλλο ανδ σπεχιαλιζεδ φαµιλψ, τηε τηψλα− τηε σουτηερν βεεχη ιν τηε σαµε χοσµιλιδσ, ηαδ χηαραχτεριστιχσ ροχκ βεδσ ασ τηε πηορυσρηα− σιµιλαρ το τηοσε οφ τηε πλαχεν− χοιδ ον Σεψµουρ Ισλανδ. Το− ταλ σαβερ−τοοτηεδ χατσ. Ιτ ισ γετηερ τηε λανδ βριδγε ανδ τηε παρτιχυλαρλψ σιγνι⇒χαντ τηατ αλλ χοολ, τεµπερατε χλιµατε οφ τηε τηεσε ανιµαλσ ωερε ρελατιϖελψ τιµε αχχουντ φορ τηε πρεσενχε σηορτ−λεγγεδ ανδ τηατ νονε οφ τερρορ βιρδσ ιν Ωεστ Αντ− σηοωεδ µαρκεδ αδαπτατιον το αρχτιχα 40 µιλλιον ψεαρσ αγο. ρυννινγ. Τηεσε ωερε τηε µαµ− Εϖεντυαλλψ τηε λανδ βριδγεσ µαλ οχχυπαντσ οφ τηε χαρνι− υνιτινγ Σουτη Αµεριχα ωιτη ϖορε νιχηε ιν Σουτη Αµεριχα. Νορτη Αµεριχα ανδ Ανταρχτιχα δισαππεαρεδ. Σουτη Αµεριχα ρε− λσο ιν τηισ νιχηε ωερε µαινεδ αν ισλανδ χοντινεντ υν− λαργε τερρεστριαλ ορ σεµι− τιλ τηε αππεαρανχε οφ τηε Πανα− τερρεστριαλ χροχοδιλεσ µανιαν λανδ βριδγε 2.5 µιλλιον οφ τηε φαµιλψ Σεβεχιδαε. Τηεψ ψεαρσ αγο. Τηε βριδγε φορµεδ ηαδ δεεπ σκυλλσ; τηειρ λιµβσ ασ α ρεσυλτ οφ τηε χοντινυεδ τεχ− ωερε ποσιτιονεδ µορε υνδερ τονιχ υπλιφτ οφ τηε νορτηερν Αν− τηε βοδψ τηαν τηοσε οφ αθυατ− δεσ, προβαβλψ ασσοχιατεδ ωιτη ιχ, ⇓ατ−σκυλλεδ χροχοδιλεσ, ανδ α ωορλδωιδε δροπ ιν σεα λεϖελ τηειρ λατεραλλψ χοµπρεσσεδ τεετη οφ ασ µυχη ασ 50 µετερσ ρε− ηαδ σερρατεδ χυττινγ εδγεσ, συλτινγ φροµ τηε βυιλδυπ οφ τηε µυχη λικε τηοσε οφ χαρνιϖορουσ πολαρ ιχε χαπσ. Τηε ⇒ναλ χον− δινοσαυρσ. Τηε οτηερ οχχυπαντσ νεχτιον οφ τηε βριδγε ωασ ιν οφ τηε χαρνιϖορε νιχηε ωερε τηε τηε αρεα οφ ωηατ ηασ βεχοµε τερρορ βιρδσ. Τηυσ, φροµ αβουτ σουτηερν Παναµα ανδ νορτη− 66 µιλλιον το αβουτ 2.5 µιλλιον ερν Χολοµβια. ψεαρσ αγο, τηε ρολε οφ τερρεστρι− Α χοολινγ οφ ωορλδ χλιµατεσ αλ χαρνιϖορε ιν Σουτη Αµεριχα ατ τηε τιµε σηρανκ τροπιχαλ ωασ σηαρεδ ατ ϖαριουσ τιµεσ, ηαβιτατσ ανδ εξπανδεδ τηε βυτ νοτ εθυαλλψ, βψ µαρσυπιαλ σαϖαννασ. Γρασσλανδ ενϖιρον− µαµµαλσ, σεβεχιδ χροχοδιλεσ µεντσ ωερε εσταβλισηεδ ον τηε ανδ πηορυσρηαχοιδ βιρδσ. λανδ βριδγε. Αφτερ α τιµε, α Φροµ αβουτ 27 µιλλιον το 2.5 χοντινυουσ χορριδορ οφ σαϖαν− µιλλιον ψεαρσ αγο, τηε φοσσιλ νασ εξτενδεδ φροµ Αργεντινα ρεχορδ σηοωσ α προτραχτεδ δε− το Φλοριδα. Τηε ρεχιπροχαλ δισ− χρεασε ιν τηε σιζε ανδ διϖερσιτψ περσαλ οφ τερρεστριαλ φαυνα οφ τηε δογλικε βορηψαενοιδσ µαδε ποσσιβλε βψ τηεσε χονδι− ανδ α χονχυρρεντ ινχρεασε ιν τιονσ ισ νοω κνοων ασ τηε τηε σιζε ανδ διϖερσιτψ οφ τηε Γρεατ Αµεριχαν Ιντερχηανγε. Ιτ πηορυσρηαχοιδσ. Χονσεθυεντ− ρεπρεσεντσ τηε βεστ−δοχυµεντ− λψ, βψ αβουτ ⇒ϖε µιλλιον ψεαρσ εδ εξαµπλε ιν τηε φοσσιλ ρεχορδ αγο, πηορυσρηαχοιδσ ηαδ χοµ− οφ τηε ιντερµινγλινγ οφ τωο πλετελψ ρεπλαχεδ τηε λαργε χαρ− λονγ−σεπαρατεδ χοντινενταλ βιο− νιϖορουσ βορηψαενοιδσ ον τηε τασ. Αµονγ τηε παρτιχιπαντσ σαϖαννασ οφ Σουτη Αµεριχα. ωερε τηε τερρορ βιρδσ. Ονε πηο− ( Τηε σµαλλερ ονεσ, ωηιχη ωερε ∆ΕΧΛΙΝΕ ΟΦ ΤΕΡΡΟΡ ΒΙΡ∆Σ βεγαν ωηεν τηε Παναµανι− ρυσρηαχοιδ λινεαγε συρϖιϖεδ βε− νοτ χοµπετιτιϖε ωιτη τηε τερρορ αν λανδ βριδγε (ρεδ ) φορµεδ βετωεεν Νορτη ανδ Σουτη ψονδ 2.5 µιλλιον ψεαρσ αγο ιν Αµεριχα σοµε 2.5 µιλλιον ψεαρσ αγο, αλλοωινγ Νορτη βιρδσ ανψωαψ, αλσο βεχαµε εξ− Σουτη Αµεριχα, ανδ ινδιϖιδυ− Αµεριχαν µαµµαλσ τηατ χουλδ ουτηυντ τηε τερρορ βιρδσ τινχτ βεφορε τηε Παναµανιαν αλσ δισπερσεδ νορτη το γιϖε ρισε το εντερ Σουτη Αµεριχα. Φοσσιλσ οφ ανιµαλσ τηατ µιγρατεδ λανδ βριδγε αππεαρεδ.) Τηισ το Τιτανισ ιν Φλοριδα. τρανσιτιον δεµονστρατεσ αν− σουτη ορ νορτη ηαϖε βεεν φουνδ ον βοτη χοντινεντσ Αγαινστ τηισ βαχκγρουνδ, ονε (γρεεν ). Τερρορ βιρδ φοσσιλσ (ορανγε ) αρε µοστλψ ιν Σουτη οτηερ ρελαψ ιν τηε εϖολυτιοναρψ χαν βεγιν το σεε ωηψ α γρουπ Αµεριχα. Α τιπ οφ α ϕαω (βοττοµ ) ωασ φουνδ ιν Ανταρχτιχα. ηιστορψ οφ τηε πηορυσρηαχοιδσ Α 94 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. JAGUAR SABER-TOOTHED CAT WILD DOG ∆ΟΩΝΦΑΛΛ ΟΦ ΤΕΡΡΟΡ ΒΙΡ∆Σ ωασ αππαρεντλψ χαυσεδ βψ τηρεε εξαµπλεσ οφ τηε µανψ σπεχιεσ οφ ανιµαλσ τηατ χροσσεδ τηε Παναµανιαν λανδ βριδγε ιντο Σουτη Αµεριχα. Γρεατερ ιν− ωηερεβψ τηεψ συχχεσσφυλλψ ρεπλαχεδ τηειρ µαρσυπιαλ χουντερπαρτσ, τηε βορ− ηψαενοιδσ. ϑυστ ωηψ τηε πηορυσρηα− χοιδσ ωερε αβλε το δο σο ισ υνχλεαρ, βυτ τηειρ συπεριορ ρυννινγ αβιλιτψ ωουλδ χερταινλψ ηαϖε βεεν αν αδϖανταγε φορ χαπτυρινγ πρεψ ιν τηε σαϖαννα ενϖιρον− µεντσ τηατ ⇒ρστ χαµε ιντο προµινενχε αβουτ 27 µιλλιον ψεαρσ αγο. Αφτερ τηε εµεργενχε οφ τηε Παναµα− νιαν λανδ βριδγε, πλαχενταλ δογσ ανδ χατσ οφ τηε φαµιλιεσ Χανιδαε ανδ Φελι− δαε δισπερσεδ ιντο Σουτη Αµεριχα φροµ Νορτη Αµεριχα. Βεχαυσε αλλ τηε λαργε µαρσυπιαλ χαρνιϖορεσ οφ Σουτη Αµεριχα ωερε βψ τηεν λονγ εξτινχτ, τηε ονλψ χοµπετιτιον τηε δογσ ανδ χατσ ηαδ ωασ τηε πηορυσρηαχοιδσ. Ιτ προϖεδ το βε α λοσινγ βαττλε φορ τηε βιρδσ. Τ ηυσ ιτ ωασ τηατ τηε πηορυσρηα− χοιδσ ρεαχηεδ τηειρ πεακ ιν σιζε ανδ διϖερσιτψ ϕυστ βεφορε τηε ιν− τερχηανγε, γραδυαλλψ δεχλινινγ τηερε− αφτερ βεχαυσε οφ τηε χοµπετιτιον ωιτη τηε δογσ ανδ χατσ. Ονλψ ονε λινεαγε συρϖιϖεδ βεψονδ 2.5 µιλλιον ψεαρσ ιν Σουτη Αµεριχα; ιτ ισ τηε ονε τηατ δισ− περσεδ το Φλοριδα, ωηερε ιτ ισ ρεπρεσεντ− εδ βψ Τιτανισ. Τηισ ωασ τηε ονλψ Σουτη Αµεριχαν χαρνιϖορουσ ανιµαλ το δισ− περσε νορτηωαρδ. Ιτσ συχχεσσ τηερε ατ χοεξιστινγ ωιτη τηε αδϖανχεδ πλαχενταλ χαρνιϖορεσ ωασ βριεφ. Ωηψ τηατ ωασ σο ισ α µαϕορ ριδδλε. Περηαπσ τηε ρεσιδεντ πλαχενταλ χαρνιϖορεσ ωερε τοο ωελλ εσ− ταβλισηεδ φορ τηε πηορυσρηαχοιδσ το ⇒νδ α περµανεντ νιχηε. Τηε φατε οφ τηε πηορυσρηαχοιδ ρελα− τιϖεσ ιν Νορτη Αµεριχα ανδ Ευροπε βε− τωεεν 55 µιλλιον ανδ 45 µιλλιον ψεαρσ αγο ισ αλσο λινκεδ το τηε αππεαρανχε οφ Copyright 1994 Scientific American, Inc. τελλιγενχε, µορε σπεεδ ανδ αγιλιτψ, ορ τηε αβιλιτψ το πρεψ ον τερρορ βιρδ εγγσ ανδ ηατχηλινγσ χουλδ εξπλαιν ηοω τηεσε µι− γραντσ φροµ Νορτη Αµεριχα δισπλαχεδ τηε τερρορ βιρδσ. αδϖανχεδ πλαχενταλ χαρνιϖορεσ. ∆υρινγ τηατ τιµε ον τηε νορτηερν χοντινεντσ, τηε λαργε µαµµαλιαν χαρνιϖορεσ ωερε τηε χρεοδοντσ. Τηισ πριµιτιϖε γρουπ οφ πλαχενταλσ ρεσεµβλεδ τηε µαρσυπιαλ βορηψαενοιδσ ιν τηατ τηεψ λαχκεδ σπε− χιαλ ρυννινγ αβιλιτιεσ ανδ ηαδ ρατηερ σµαλλ βραινσ. Τηε πηορυσρηαχοιδ ρελα− τιϖεσ ον τηεσε χοντινεντσ δισαππεαρεδ ωιτη τηε αππεαρανχε οφ αδϖανχεδ πλα− χενταλ µαµµαλσ βεγιννινγ αβουτ 45 µιλλιον ψεαρσ αγο. Τηε τερρορ βιρδσ τηυσ ⇓ουρισηεδ ιν τηε αβσενχε οφ αδϖανχεδ πλαχενταλ χαρ− νιϖορεσ, ωηιχη ηαϖε ρεπεατεδλψ σηοων τηεµσελϖεσ το βε βεττερ χοµπετιτορσ. Τηε µαρσυπιαλ βορηψαενοιδσ ανδ πλα− χενταλ χρεοδοντσ ωερε, ιν εσσενχε ανδ ιν χοµπαρισον ωιτη τηε τερρορ βιρδσ, σεχονδ ρατε. Αλτηουγη πλαυσιβλε, τηισ αργυµεντ ισ σπεχυλατιϖε. Ονε χαννοτ ιδεντιφψ ωιτη χερταιντψ α σινγλε φαχτορ τηατ εξπλαινσ τηε εξτινχτιον οφ ανψ γρουπ οφ ανιµαλσ νοω φουνδ ονλψ ασ φοσσιλσ. Ιν τηε χασε οφ τηε τερρορ βιρδσ, τηειρ δισαππεαρανχε ον τωο οχχασιονσ ιν τιµε χορρελατεσ δι− ρεχτλψ ωιτη τηε αππεαρανχε οφ αδϖανχεδ πλαχενταλ χαρνιϖορεσ. Ωερε τηε αδϖανχεδ πλαχενταλσ µορε ιντελλιγεντ τηαν τηε τερρορ βιρδσ ανδ σο βεττερ αδαπτεδ το χαπτυρινγ τηε πρεψ τηατ τηε βιρδσ ηαδ ηαδ το τηεµσελϖεσ? ∆ιδ τηε φαχτ τηατ τηεψ ηαδ φουρ λεγσ γιϖε τηεµ αν αδϖαν− ταγε οϖερ τηε τωο−λεγγεδ πηορυσρηα− χοιδσ ιν σπεεδ ορ αγιλιτψ? ∆ιδ τηε πλα− χενταλσ εατ τηε πηορυσρηαχοιδσ∏ εγγσ, ωηιχη ωερε ρεαδιλψ αχχεσσιβλε ιν γρουνδ νεστσ βεχαυσε οφ τηε βιρδσ∏ λαργε σιζε? ∆ιδ τηε πλαχενταλσ πρεψ ον τηε ϖυλνερα− βλε ηατχηλινγσ? Ιτ ισ ιντριγυινγ το τηινκ ωηατ µιγητ ηαππεν ιφ αλλ βιγ χαρνιϖορουσ µαµµαλσ ωερε συδδενλψ το ϖανιση φροµ Σουτη Αµεριχα. Ωουλδ τηε σεριεµασ αγαιν γιϖε ρισε το α γρουπ οφ γιαντ ⇓εση−εατινγ βιρδσ τηατ ωουλδ ρυλε τηε σαϖαννασ ασ διδ τηε πηορυσρηαχοιδσ ανδ τηειρ βψ− γονε αλλιεσ? ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΣΙΣΤΕΜΑΤΙΧΑΣ Ψ ΝΟΜΕΝΧΛΑΤΥΡΑ ∆Ε ΛΑΣ ´ ΑςΕΣ ΦΟΡΟΡΡΑΧΟΙ∆ΕΑΣ ∆ΕΛ ΠΛΙΟΧΕΝΟ ΑΡΓΕΝΤΙΝΟ. Βρψαν Παττερσον ανδ ϑοργε Λ. Κραγλιεϖιχη ιν Πυβλιχαχιονεσ δελ Μυ− σεο Μυνιχιπαλ δε Χιενχιασ Νατυραλεσ ψ Τραδιχιοναλ δε Μαρ δελ Πλατα, ςολ. 1, Νο. 1, παγεσ 1∠51; ϑυλψ 15, 1960. Α ΓΙΑΝΤ ΦΛΙΓΗΤΛΕΣΣ ΒΙΡ∆ ΦΡΟΜ ΤΗΕ ΠΛΕΙΣΤΟΧΕΝΕ ΟΦ ΦΛΟΡΙ∆Α. Πιερχε Βροδ− κορβ ιν Τηε Αυκ, ςολ. 80, Νο. 2, παγεσ 111∠115; Απριλ 1963. ΤΗΕ ΤΕΡΡΟΡ ΒΙΡ∆. Λαρρψ Γ. Μαρσηαλλ ιν Φιελδ Μυσευµ οφ Νατυραλ Ηιστορψ Βυλ− λετιν, ςολ. 49, Νο. 9, παγεσ 6∠15; Οχτο− βερ 1978. ΛΕΣ ΟΙΣΕΑΥΞ ΦΟΣΣΙΛΕΣ ∆ΕΣ ΠΗΟΣΠΗΟ− ΡΙΤΕΣ ∆Υ ΘΥΕΡΧΨ (ΟΧΕΝΕ Α ` ΣΥΠΕΡΙΕΥΡ ´ ` ΟΛΙΓΟΧΕΝΕ ΣΥΠΕΡΙΕΥΡ): ΙΜΠΛΙΧΑΤΙΟΝΣ ` ´ ΠΑΛΕΟΒΙΟΓΕΟΓΡΑΠΗΙΘΥΕΣ. Χεχιλε Μου− ´ ´ ρερ−Χηαυϖιρ ιν Γεοβιοσ, Μεµοιρε Σπε− χιαλ, Νο. 6, παγεσ 413∠426; 1982. Α ΓΙΓΑΝΤΙΧ ΠΗΟΡΟΡΗΑΧΟΙ∆(?) ΒΙΡ∆ ΦΡΟΜ ΑΝΤΑΡΧΤΙΧΑ. ϑυδδ Α. Χασε, Μι− χηαελ Ο. Ωοοδβυρνε ανδ ∆αν Σ. Χηανεψ ιν ϑουρναλ οφ Παλεοντολογψ, ςολ. 61, Νο. 6, παγεσ 1280∠1284; Νοϖεµβερ 1987. ΛΑΝ∆ ΜΑΜΜΑΛΣ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΓΡΕΑΤ ΑΜΕΡΙ− ΧΑΝ ΙΝΤΕΡΧΗΑΝΓΕ. Λαρρψ Γ. Μαρσηαλλ ιν Αµεριχαν Σχιεντιστ, ςολ. 76, Νο. 4, παγ− εσ 380∠388; ϑυλψ/Αυγυστ 1988. ΤΗΕ ΤΕΡΡΟΡ ΒΙΡ∆ ΣΤΙΛΛ ΣΧΡΕΑΜΣ. Κεντ Η. Ρεδφορδ ανδ Παµελα Σηαω ιν Ιντερ− νατιοναλ Ωιλδλιφε, ςολ. 19, Νο. 3, παγεσ 14∠16; Μαψ/ϑυνε 1989. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 95 ΤΡΕΝ∆Σ ΙΝ ΠΗΨΣΙΧΣ Παρτιχλε Μεταπηψσιχσ βψ ϑοην Ηοργαν, σενιορ ωριτερ Copyright 1994 Scientific American, Inc. In the aftermath of the Superconducting Super Collider’s death, physicists are divided over how—or even whether—they should continue their search for a unified theory of nature Μ ορε τηαν 150 ψεαρσ αγο Μιχηαελ Φαραδαψ ρεϖεαλεδ τηρουγη α σεριεσ οφ βριλλιαντ εξπεριµεντσ τηατ ελεχτριχ− ιτψ ανδ µαγνετισµ αρε µανιφεστατιονσ οφ τηε σαµε υνδερλψινγ φορχε. Ινσπιρεδ βψ τηισ συχχεσσ, Φαραδαψ σουγητ το δεµονστρατε τηατ ελεχτροµαγνετισµ ισ σιµιλαρλψ λινκεδ το γραϖιτψ, ωηιχη Νεωτον ηαδ µατηεµατιχαλλψ δεσχριβεδ σοµε 150 ψεαρσ εαρλιερ. Αλτηουγη ηε φαιλεδ, Φαραδαψ ρεµαινεδ χον− ϖινχεδ τηατ συχη α υνι⇒εδ τηεορψ εξιστεδ. Μανψ∇τηουγη χερταινλψ νοτ αλλ∇µοδερν πηψσιχιστσ ηαϖε χοµε το σηαρε Φαραδαψ∏σ φαιτη τηατ νατυρε∏σ σεεµινγλψ δισ− τινχτ φορχεσ αρε βυτ φαχετσ οφ α σινγλε, σψµµετριχαλ ϕεωελ. Τηε θυεστ το ⇒νδ τηισ τουχηστονε ηασ τρανσφορµεδ µοδερν πηψσ− ιχσ ιντο αν επιχ δραµα, ονε ωιτη πριµορδιαλ ροοτσ. Ιν ηισ ρε− χεντ βοοκ ∆ρεαµσ οφ α Φιναλ Τηεορψ, Νοβελ λαυρεατε Στεϖεν Ωεινβεργ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Τεξασ σαψσ α υνι⇒εδ τηεορψ ωουλδ βρινγ το φρυιτιον τηε ανχιεντ σεαρχη φορ τηοσε πρινχι− πλεσ τηατ χαννοτ βε εξπλαινεδ ιν τερµσ οφ δεεπερ πρινχιπλεσ. Χουλδ ιτ βε τηατ τηισ θυεστ ωιλλ νεϖερ βε χοµπλετεδ? Πηψσιχσ ηασ χερταινλψ βεχοµε µορε χοµπλιχατεδ σινχε Φαρα− δαψ∏σ τιµε. Εαρλψ ιν τηισ χεντυρψ Αλβερτ Εινστειν ρεπλαχεδ Νεωτον∏σ ρελατιϖελψ σιµπλε αχχουντ οφ γραϖιτψ ωιτη γενεραλ ρελατιϖιτψ, ωηιχη τυρνεδ τηε ονχε ριγιδ γιρδερσ οφ σπαχε ανδ τιµε ιντο ρυββερ. Λατερ, ινϖεστιγατορσ δισχοϖερεδ τωο οτηερ φορχεσ ιν αδδιτιον το γραϖιτψ ανδ ελεχτροµαγνετισµ: τηε ωεακ φορχε, ωηιχη γιϖεσ ρισε το χερταιν κινδσ οφ νυχλεαρ δεχαψ, ανδ τηε στρονγ φορχε, ωηιχη κεεπσ προτονσ ανδ νευτρονσ γριππεδ τογετηερ ιν ατοµιχ νυχλει. Ψετ υντιλ ρεχεντλψ, πηψσιχιστσ ωερε αδϖανχινγ τοωαρδ υνι⇒χατιον ωιτη ωηατ σεεµεδ λικε ινεξοραβλε µοµεντυµ. Τηεψ ηαϖε δεϖελοπεδ α τηεορψ∇ϖαλιδατεδ βψ αχχελερατορσ ϕυστ οϖερ α δεχαδε αγο∇δεπιχτινγ ελεχτροµαγνετισµ ανδ τηε ωεακ νυχλεαρ φορχε ασ τωο ασπεχτσ οφ τηε σαµε ελεχτροωεακ φορχε. Εµβολδενεδ βψ τηισ συχχεσσ, ωορκερσ ηαϖε ινϖεντεδ σο−χαλλεδ γρανδ υνι⇒εδ τηεοριεσ, ορ ΓΥΤσ, λινκινγ τηε ελεχτρο− ωεακ φορχε ανδ τηε στρονγ νυχλεαρ φορχε. Τηεψ ηαϖε εϖεν πυτ φορωαρδ προποσαλσ εµβραχινγ αλλ τηε φορχεσ, ινχλυδινγ γραϖι− τψ. Τηεσε αρε σοµετιµεσ χαλλεδ θυαντυµ γραϖιτψ τηεοριεσ, σινχε τηεψ αττεµπτ το φυσε θυαντυµ µεχηανιχσ ανδ γενεραλ ρελατιϖιτψ, ωηιχη αρε ορδιναριλψ ασ χοµπατιβλε ασ οιλ ανδ ωατερ. Βεχαυσε συχη τηεοριεσ ηολδ ουτ τηε προµισε οφ ιλλυµινατινγ ΣΥΠΕΡΧΟΝ∆ΥΧΤΙΝΓ ΣΥΠΕΡ ΧΟΛΛΙ∆ΕΡ, ωηιχη ωουλδ ηαϖε βεεν 20 τιµεσ µορε ποωερφυλ τηαν τηε λαργεστ εξιστινγ αχχελερατορ ανδ ωασ εξπεχτεδ το χοστ ∃11 βιλλιον, ωουλδ στιλλ ηαϖε φαλλεν φαρ σηορτ οφ τηε ρεαλµσ ωηερε αλλ νατυρε∏σ φορχεσ αρε τηουγητ το µεργε. Λαστ Οχτοβερ, αφτερ ωορκερσ ηαδ αλ− ρεαδψ σπεντ ∃2 βιλλιον ανδ δυγ ονε ⇒φτη οφ ωηατ ωασ το βε αν οϖαλ, 86−κιλο− µετερ−λονγ τυννελ ιν Ωαξαηαχηιε, Τεξ., Χονγρεσσ χανχελεδ τηε προϕεχτ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 97 Χολλιδερσ ανδ τηε Σεαρχη φορ Υνιτψ Current theories of particle physics suggest that earthly accelerators can take physicists only so far in their quest for a unified theory. MOLECULES DISSOCIATE ELECTRON VOLTS LOW 10 ENERGY ATOMS DISSOCIATE 102 103 ELECTROWEAK PARTICLES ARE DETECTABLE NUCLEI DISSOCIATE 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 GRAVITY Couples masses STRONG FORCE Couples quarks to form protons and neutrons ELECTROMAGNETISM Couples electric charges WEAK FORCE Responsible for certain types of radioactive decay τηε ⇒ερψ βιρτη οφ τηε υνιϖερσε, ωηεν α σινγλε, συπρεµε φορχε µαψ ηαϖε βριεφλψ ρειγνεδ, τηεψ αρε αλσο κνοων ασ τηεο− ριεσ οφ εϖερψτηινγ. Νοω, ϕυστ ωηεν τηε γοαλ σεεµεδ το βε ιν σιγητ, πηψσιχιστσ φαχε τηε ποσσιβιλ− ιτψ τηατ τηειρ ϕουρνεψ µιγητ ενδ σηορτ οφ ιτσ δεστινατιον. Τηε ιµµεδιατε χαυσε οφ τηισ χονχερν ισ τηε δεχισιον οφ τηε Υ.Σ. Χονγρεσσ λαστ Οχτοβερ το χανχελ τηε ∃11−βιλλιον Συπερχονδυχτινγ Συπερ Χολ− λιδερ ( ΣΣΧ ), φουρ ψεαρσ αφτερ χονστρυχ− τιον ηαδ βεγυν. Λεον Μ. Λεδερµαν οφ τηε Ιλλινοισ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ, α Νοβελ Πριζε∠ωιννινγ εξπεριµενταλιστ, νοτεσ τηατ παρτιχλε πηψσιχσ ηασ αδϖανχεδ τηρουγη τηε προβινγ οφ εϖερ σµαλλερ διστανχεσ ανδ ηιγηερ ενεργιεσ. Τηε ΣΣΧ, ωηιχη ωουλδ ηαϖε βεεν ατ λεαστ 20 τιµεσ µορε ποωερφυλ τηαν ανψ εξιστινγ αχχελερατορ, ωουλδ ηαϖε βρουγητ πηψσι− χιστσ τηατ µυχη χλοσερ τοωαρδ υνι⇒χα− τιον. Ιφ ωε δον∏τ βυιλδ τηε ΣΣΧ ορ σοµε− τηινγ λικε ιτ, ηε σαψσ, Ι τηινκ τηε ⇒ελδ µαψ χοµε το αν ενδ. Ιφ παρτιχλε πηψσ− ιχσ σταλλσ, σο µιγητ χοσµολογψ, ωηιχη ιν ιτσ ε⇑ορτσ το ρεχονστρυχτ τηε υνιϖερσε∏σ ηιστορψ ηασ βεχοµε ινχρεασινγλψ δεπεν− δεντ ον υνι⇒εδ τηεοριεσ. Βυτ τηε δεµισε οφ τηε ΣΣΧ µαψ ονλψ ηαϖε βρουγητ πηψσιχσ το ιτσ χυρρεντ ιµ− πασσε µορε θυιχκλψ. Τηε ρηετοριχ εµ− πλοψεδ ιν δεφενσε οφ τηε ΣΣΧ οφτεν ιµ− πλιεδ τηατ ιτ ωουλδ λεαδ το αν υλτιµατε τηεορψ. Τηε τιτλε οφ Λεδερµαν∏σ ρεχεντ βοοκ Τηε Γοδ Παρτιχλε, ωηιχη ελοθυεντ− λψ αργυεσ φορ τηε ΣΣΧ, ισ α χασε ιν ποιντ. 98 ELECTROWEAK UNIFICATION Ψετ Λεδερµαν χονχεδεσ τηατ τηε ΣΣΧ ωουλδ ηαϖε βεεν τοο σµαλλ βψ µανψ ορ− δερσ οφ µαγνιτυδε το αχηιεϖε τηε ενερ− γιεσ ατ ωηιχη υνι⇒χατιον ισ τηουγητ το οχχυρ. Αν ΣΣΧ−τψπε αχχελερατορ ωουλδ ηαϖε το τραχε α χιρχλε ονε τριλλιον κιλο− µετερσ αρουνδ το ρεαχη τηε γρανδ υνι− ⇒χατιον ρεαλµ; λιγητ ωουλδ τακε ονε µοντη το τραϖερσε τηατ διστανχε. Α χολ− λιδερ χαπαβλε οφ προβινγ τηε ιν⇒νιτεσι− µαλ θυαντυµ γραϖιτψ ρεαλµ ωουλδ νεεδ το βε ασ µυχη ασ 1,000 λιγητ−ψεαρσ ιν χιρχυµφερενχε. Τηε εντιρε σολαρ σψστεµ ισ ονλψ ονε λιγητ−δαψ αρουνδ. Βεφορε τηε πλυγ ωασ πυλλεδ ον τηε ΣΣΧ, ιν φαχτ, ονε προµινεντ τηεοριστ ηαδ αδϖοχατεδ δοωνπλαψινγ τηε σεαρχη φορ α υνι⇒εδ τηεορψ, συγγεστινγ τηατ ιτ ισ βεψονδ τηε πυρϖιεω οφ παρτιχλε πηψσ− ιχσ. Ιν α ρεχεντ λεχτυρε, Ηοωαρδ Γεοργι οφ Ηαρϖαρδ Υνιϖερσιτψ εϖεν εξπρεσσεδ α κινδ οφ ρεγρετ ατ ηαϖινγ προποσεδ ονε οφ τηε ⇒ρστ γρανδ υνι⇒εδ τηεοριεσ σοµε 20 ψεαρσ αγο: Τηε λεγαχψ οφ γρανδ υνι− ⇒χατιον, ωηιχη ιν µψ ϖιεω ισ ϖερψ βαδ φορ τηε ⇒ελδ οφ παρτιχλε πηψσιχσ, ισ τηατ ιτ ισ χονσιδερεδ ρεασοναβλε∇ανδ εϖεν φασηιοναβλε∇φορ σοµεονε ωηο χαλλσ ηιµ ορ ηερσελφ α παρτιχλε τηεοριστ το σπενδ φυλλ τιµε σπεχυλατινγ αβουτ τηε ωορλδ ατ διστανχεσ µυχη σµαλλερ τηαν ανψτηινγ τηατ ωε ωιλλ εϖερ βε αβλε το στυδψ ιν τηε λαβορατορψ. Οτηερσ κεεπ τηε φαιτη. Αµονγ τηεµ ισ ϑοην Ελλισ, α τηεοριστ ατ τηε Ευροπεαν λαβορατορψ φορ παρτιχλε πηψσιχσ νεαρ Γενεϖα, κνοων βψ τηε Φρενχη αχρονψµ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ΧΕΡΝ. Ελλισ ηελπεδ το προµυλγατε τηε τερµσ γρανδ υνι⇒χατιον ιν τηε µιδ− 1970σ ανδ τηεορψ οφ εϖερψτηινγ α δε− χαδε ορ σο λατερ. Τηερε αρε στιλλ προσ− πεχτσ φορ προγρεσσ ιν τηε τραδιτιοναλ δι− ρεχτιονσ, ηε ασσερτσ. Ηε νοτεσ τηατ ΧΕΡΝ ιντενδσ το βυιλδ αν αχχελερατορ νεαρλψ ασ ποωερφυλ ασ τηε ΣΣΧ ωιτηιν 10 ψεαρσ. Υντιλ τηεν, χλυεσ µιγητ βε γλεανεδ φροµ ηιγη−πρεχισιον εξπεριµεντσ ον εξ− ιστινγ αχχελερατορσ; στυδιεσ οφ νευτρι− νοσ, ωηιχη ιν σπιτε οφ τηειρ σηψνεσσ ιν τηε πρεσενχε οφ δετεχτορσ λοοµ λαργε ιν µανψ υνι⇒εδ τηεοριεσ; ανδ οβσερϖα− τιονσ οφ χοσµιχ βαχκγρουνδ ραδιατιον, τηουγητ το βε α ρελιχ οφ αν ερα σηορτλψ αφτερ τηε βιγ βανγ, ωηεν νατυρε∏σ φορχ− εσ ωερε στιλλ ιντερωοϖεν. Οϖερ τηε λονγερ ρυν, ιννοϖατιϖε χολ− λιδερσ, συχη ασ ονε τηατ βοοστσ παρτιχλεσ ον α ωαϖε οφ πλασµα, µαψ αλλοω πηψσι− χιστσ το προβε ηιγηερ ενεργιεσ µορε χηεαπλψ. Ανδ τηερε ισ αλωαψσ τηε ποσσι− βιλιτψ οφ α µατηεµατιχαλ ορ χονχεπτυαλ βρεακτηρουγη τηατ προπελσ ρεσεαρχηερσ το α δεεπερ λεϖελ οφ υνδερστανδινγ ιν τηε αβσενχε οφ εξπεριµενταλ γυιδανχε. Βυτ εϖεν Ελλισ, α σελφ−προχλαιµεδ δψεδ− ιν−τηε−ωοολ οπτιµιστ, χονχεδεσ τηατ υντιλ σοµεονε χοµεσ υπ ωιτη α ϖερψ γοοδ ιδεα, Ι τηινκ ωε ωιλλ βε λοοκινγ ατ ονλψ ινδιρεχτ εϖιδενχε οφ υνι⇒χατιον ιν τηε φορεσεεαβλε φυτυρε. Φρανκ Α. Ωιλ− χζεκ οφ τηε Ινστιτυτε φορ Αδϖανχεδ Στυδψ ιν Πρινχετον, Ν.ϑ., αγρεεσ. Ωε∏ϖε ηαδ τηε ϕοψ οφ µακινγ φυνδαµενταλ προγρεσσ, ηε σαψσ. Τηε προσπεχτσ φορ Copyright 1994 Scientific American, Inc. 1013 LARGE ELECTRON-POSITRON (LEP) COLLIDER, CERN, SWITZERLAND TEVATRON, FERMI NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY, ILLINOIS, U.S. LARGE HADRON COLLIDER (LHC), CERN, SWITZERLAND (PROPOSED) SUPERCONDUCTING SUPER COLLIDER (SSC), TEXAS, U.S. (CANCELED) 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1024 1025 1026 GRAND UNIFICATION Would require accelerator one trillion kilometers in circumference to observe directly. τηατ χοντινυινγ αρε ρεαλλψ διµινισηεδ. Ιν α σενσε, πηψσιχιστσ αρε ϖιχτιµσ οφ τηειρ οων συχχεσσ. Τηεψ ηαϖε χονστρυχτ− εδ α τηεορψ τηατ αχχουντσ φορ παρτιχλε ιντεραχτιονσ ωιτη εξτραορδιναρψ αχχυρα− χψ. Χαλλεδ τηε Στανδαρδ Μοδελ (ορ, βψ Μιχηαελ ∆ινε οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλι− φορνια ατ Σαντα Χρυζ, τηε τηεορψ οφ αλ− µοστ εϖερψτηινγ), ιτ ρεστσ ον τηε στυρ− δψ φουνδατιον οφ θυαντυµ µεχηανιχσ, α ραδιχαλ τηεορψ οφ µαττερ ανδ ενεργψ ερεχτεδ βψ συχη γιαντσ ασ Νιελσ Βοηρ, Ωερνερ Ηεισενβεργ ανδ Ερωιν Σχηρ− δινγερ ιν τηε 1920σ ανδ 1930σ. Ιν τηε 1950σ Ριχηαρδ Φεψνµαν ανδ οτηερσ ιν− ϖεντεδ α τηεορψ οφ ελεχτροµαγνετισµ, χαλλεδ θυαντυµ ελεχτροδψναµιχσ, τηατ αχχουντσ φορ ϖιρτυαλλψ αλλ χηεµιχαλ ανδ ελεχτρονιχ πηενοµενα. ∆υρινγ τηε φολλοωινγ δεχαδε, πηψσι− χιστσ δεϖελοπεδ α τηεορψ φορ τηε στρονγ νυχλεαρ φορχε: θυαντυµ χηροµοδψναµ− ιχσ, ορ ΘΧ∆. Ιτ ηολδσ τηατ προτονσ ανδ νευτρονσ αρε µανιφεστατιονσ οφ µορε ελεµενταρψ παρτιχλεσ ναµεδ θυαρκσ. Εαχη προτον ανδ νευτρον ισ χοµποσεδ οφ τηρεε θυαρκσ, ωηιχη αρε τηεµσελϖεσ βουνδ τογετηερ βψ φορχε−χαρρψινγ παρτι− χλεσ δεσχριβεδ ασ γλυονσ. ( Τηε πρε⇒ξ χηροµο ρεφερσ το τηε φαχτ τηατ θυαρκσ αρε χατεγοριζεδ αχχορδινγ το τηειρ χολ− ορ, α θυαντυµ µεχηανιχαλ προπερτψ υνρελατεδ το χολορ ιν ιτσ υσυαλ σενσε.) Τηε ⇒ελδ τοοκ α ηυγε στεπ τοωαρδ υνι⇒χατιον ιν τηε 1960σ, ωηεν Ωειν− βεργ, Σηελδον Λ. Γλασηοω οφ Ηαρϖαρδ ανδ Αβδυσ Σαλαµ οφ τηε Ιντερνατιοναλ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Χεντερ φορ Τηεορετιχαλ Πηψσιχσ ιν Τρι− εστε ανδ οτηερσ προποσεδ τηατ ελεχτρο− µαγνετισµ ανδ τηε ωεακ νυχλεαρ φορχε αρε αχτυαλλψ τωο µανιφεστατιονσ οφ τηε σαµε ελεχτροωεακ φορχε. Βοτη θυαντυµ χηροµοδψναµιχσ ανδ τηε ελεχτροωεακ τηεορψ ηαϖε βεεν ϖαλιδατεδ βψ ινχρεασ− ινγλψ στρινγεντ τεστσ ατ τηε ωορλδ∏σ µα− ϕορ αχχελερατορ λαβορατοριεσ, νοταβλψ τηε Στανφορδ Λινεαρ Αχχελερατορ Χεντερ, ορ ΣΛΑΧ; τηε Φερµι Νατιοναλ Αχχελερατορ Λαβορατορψ, χοµµονλψ κνοων ασ Φερ− µιλαβ, ιν Βαταϖια, Ιλλ.; ανδ ΧΕΡΝ. Νο ΓΥΤσ, Νο Γλορψ Ασ σοον ασ εξπεριµενταλιστσ ⇒νισηεδ ϖαλιδατινγ τηε Στανδαρδ Μοδελ, ηοωεϖ− ερ, τηεψ ωερε εαγερ το σηαττερ ιτ. Ιν 1983 Χαρλο Ρυββια αννουνχεδ τηατ α τεαµ υνδερ ηισ συπερϖισιον ατ ΧΕΡΝ ηαδ φουνδ νοτ ονλψ Ζ∏σ ανδ Ω∏σ, ωηιχη αρε παρτιχλεσ τηατ χαρρψ τηε ελεχτροωεακ φορχε, βυτ αλσο µονοϕετσ, α πηενοµ− ενον τηατ αππαρεντλψ ϖιολατεδ τηε Σταν− δαρδ Μοδελ. Ρυββια σαιδ τηατ ΧΕΡΝ ηαδ νοτ ονλψ χον⇒ρµεδ τηε Στανδαρδ Μοδελ βυτ ηαδ αλσο πυτ ιτ ιν ιτσ γραϖε, ρεχαλλσ Γλασηοω οφ Ηαρϖαρδ, ωηερε Ρυβ− βια ηελδ α ϕοιντ απποιντµεντ ατ τηε τιµε οφ ηισ αννουνχεµεντ. Ρυββια σηαρεδ α Νοβελ Πριζε φορ υν− χοϖερινγ τηε Ζ ανδ Ω παρτιχλεσ, βυτ τηε µονοϕετσ ωερε σοον φουνδ το βε αχ− χουντεδ φορ βψ τηε Στανδαρδ Μοδελ. Γλασηοω ϕοκεσ τηατ ασ πυνισηµεντ φορ ηισ πρεµατυρε αννουνχεµεντ Ρυββια 1027 1028 1029 1030 HIGH ENERGY COMPLETE UNIFICATION Realm of quantum gravity or theories of everything, also called the Planck scale. Would require collider 1,000 light-years around to probe. ηασ βεεν φορχεδ το οϖερσεε εϖερ µορε ρε⇒νεδ ϖαλιδατιονσ οφ τηε Στανδαρδ Μο− δελ ατ ΧΕΡΝ, ωηιχη ηε διρεχτεδ φροµ 1989 τηρουγη τηε ενδ οφ λαστ ψεαρ. Ιτ∏σ λικε σοµετηινγ ουτ οφ α Γρεεκ µψτη, Γλασηοω σαψσ. Υνφορτυνατελψ, τηε ρεστ οφ παρτιχλε πηψσιχσ ηασ ηαδ το σηαρε Ρυββια∏σ πυνισηµεντ. Μεανωηιλε τηεοριστσ ηαδ αλρεαδψ φοργεδ φαρ βεψονδ τηε Στανδαρδ Μοδελ ιν σεαρχη οφ α δεεπερ τηεορψ. Τηεψ ωερε ενχουραγεδ βψ τηε φαχτ τηατ θυαντυµ χηροµοδψναµιχσ ανδ τηε ελεχτροωεακ τηεορψ αρε βοτη γαυγε τηεοριεσ, ωηιχη ποσιτ τηατ αλλ τηε ελεµεντσ οφ α σψστεµ χαν υνδεργο τρανσφορµατιονσ∇συχη ασ ροτατιον ορ ρε⇓εχτιον ιν α µιρρορ∇ωιτη− ουτ βεινγ φυνδαµενταλλψ αλτερεδ. Τηισ φεατυρε, χαλλεδ σψµµετρψ, ηασ βεχοµε φορ µανψ παρτιχλε πηψσιχιστσ τηε επιτο− µε οφ τρυτη ανδ βεαυτψ. Εαρλψ ιν τηε 1970σ Γλασηοω ανδ Γεορ− γι, ηισ ψουνγερ χολλεαγυε ατ Ηαρϖαρδ, ινϖεντεδ α γαυγε τηεορψ, χαλλεδ ΣΥ(5), τηατ χουλδ ψιελδ βοτη ελεχτροωεακ ιντερ− αχτιονσ ανδ στρονγ ιντεραχτιονσ. ( Τηε τερµ ΣΥ(5) ρεφερσ το τηε νυµβερ οφ σψµµετριεσ δισπλαψεδ βψ τηε τηεορψ.) Τηε γρανδ υνι⇒εδ τηεορψ∇α τερµ τηατ Γλασηοω ανδ Γεοργι διδ νοτ ινϖεντ ανδ ινσιστ τηεψ δο νοτ λικε∇µαδε ωηατ ωασ τηεν α σταρτλινγ πρεδιχτιον. Θυαρκσ, ιτ σεεµεδ, χουλδ χηανγε ιντο νευτρινοσ, ελεχτρονσ ανδ τηειρ αντιµαττερ χουντερ− παρτσ; τηατ µεαντ προτονσ (ωηιχη αρε χοµποσεδ οφ θυαρκσ) ωερε υνσταβλε ανδ ωουλδ εϖεντυαλλψ δεχαψ. Αλτηουγη ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 99 τηε εστιµατεδ ηαλφ−λιφε οφ ανψ παρτιχυλαρ οφ τηε φαρ µορε συχχεσσφυλ µετηοδ υτι− προτον ωουλδ βε λονγερ τηαν τηε αγε οφ λιζινγ θυαρκσ ανδ γλυονσ. Βυτ στρινγ τηε συν (αχχορδινγ το χαλχυλατιονσ δονε τηεορψ ωασ ρεσυρρεχτεδ ιν συπερσψµ− λατερ βψ Ωεινβεργ, Γεοργι ανδ Ηελεν µετριχαλ φορµ ιν τηε λατε 1970σ βψ Θυινν οφ ΣΛΑΧ ), πηψσιχιστσ χουλδ τεστ Μιχηαελ Β. Γρεεν οφ Θυεεν Μαρψ Χολ− τηε πρεδιχτιον βψ ωατχηινγ α συ⇔χιεντ− λεγε, Λονδον, ανδ ϑοην Η. Σχηωαρζ οφ λψ λαργε νυµβερ οφ προτονσ. τηε Χαλιφορνια Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ. Προτον−δεχαψ δετεχτορσ ηαϖε νοω Σοµεωηατ το τηειρ αµαζεµεντ, Γρεεν βεεν βυιλτ ατ µορε τηαν ηαλφ α δοζεν ανδ Σχηωαρζ φουνδ τηατ συπερσψµµετ− σιτεσ αρουνδ τηε ωορλδ. Μοστ αρε πλαχεδ ριχαλ στρινγσ γενερατεδ αλλ τηε φορχεσ οφ δεεπ υνδεργρουνδ το µινιµιζε σιγναλσ νατυρε, ινχλυδινγ γραϖιτψ. Βεστ οφ αλλ, φροµ χοσµιχ ραψσ∇ηιγη−ενεργψ παρτι− τηε συβστιτυτιον οφ στρινγσ φορ ποιντσ χλεσ φροµ ουτερ σπαχε. Ονε οφ τηε λαργ− ελιµινατεδ µανψ οφ τηε µατηεµατιχαλ εστ εξπεριµεντσ βεγαν οπερατινγ ιν α προβλεµσ αρισινγ ιν οτηερ θυαντυµ σαλτ µινε νεαρ Χλεϖελανδ, Οηιο, σοµε γραϖιτψ τηεοριεσ. 10 ψεαρσ αγο. Ιτ χονσιστσ οφ α γιγαντιχ Τηε τηεορψ δεµανδσ αχχεπτανχε οφ ϖατ οφ ωατερ συρρουνδεδ βψ πηοτοδε− σοµε φαρ−φετχηεδ ασσυµπτιονσ αβουτ τεχτορσ τηατ ωατχη φορ τηε µινυτε ⇓αση− πηψσιχαλ ρεαλιτψ. Τηε στρινγσ αρε τηουγητ εσ οφ λιγητ τηατ σηουλδ βε ρελεασεδ βψ το ινηαβιτ ασ µανψ ασ 26 διµενσιονσ, τηε δεχαψ οφ α προτον ιν τηε ωατερ. Σο ανδ τηεψ αρε ασ σµαλλ ιν χοµπαρισον το φαρ νειτηερ τηισ νορ ανψ οτηερ δετεχτορ α προτον ασ α προτον ισ ιν χοµπαρισον ηασ οβσερϖεδ προτον δεχαψ. ΣΤΕςΕΝ ΩΕΙΝΒΕΡΓ οφ τηε Υνιϖερσιτψ οφ το τηε σολαρ σψστεµ. Τηισ µιχρορεαλµ, Τηε λαχκ οφ εξπεριµενταλ συππορτ φορ Τεξασ, α λεαδινγ προπονεντ οφ υνι⇒− ναµεδ τηε Πλανχκ σχαλε, ισ ιναχχεσσιβλε τηε ΣΥ(5) τηεορψ µερελψ οπενεδ τηε χατιον, φεαρσ τηατ φυρτηερ προγρεσσ µαψ το ανψ χονχειϖαβλε εξπεριµεντ. Πηψσι− δοορ το αλτερνατιϖεσ, νοταβλψ α µορε βε δι⇔χυλτ ιφ α ηιγηερ−ενεργψ αχχελερα− χιστσ ανδ, ινχρεασινγλψ, µατηεµατιχιανσ γενεραλ αππροαχη κνοων ασ συπερσψµ− τορ ισ νοτ βυιλτ. ηαϖε νονετηελεσσ βεχοµε εντρανχεδ βψ µετρψ. Συπερσψµµετρψ ηολδσ τηατ φερ− τηε τηεορψ∏σ ριχη στρυχτυρε. Ινδεεδ, Εδ− µιονσ, τηε παρτιχλεσ τηατ χονστιτυτε µατ− ιτψ, ωιτη ιτσ διστορτιονσ οφ σπαχε ανδ ωαρδ Ωιττεν οφ τηε Ινστιτυτε φορ Αδ− τερ, ανδ βοσονσ, ωηιχη τρανσµιτ φορχεσ, τιµε, σεεµεδ το δεµανδ αν εϖεν µορε ϖανχεδ Στυδψ, α πρεµιερ συπερστρινγ σηαρε δεεπ σψµµετριεσ. Τηε σχηεµε ρε− ραδιχαλ αππροαχη. τηεοριστ, ηασ βεχοµε ασ ποτεντ αν ιν− θυιρεσ τηατ εαχη κνοων παρτιχλε ηαϖε α Μανψ πηψσιχιστσ τηινκ συπερστρινγ ⇓υενχε ιν µατηεµατιχσ ασ ιν πηψσιχσ. ρελατιϖελψ µασσιϖε, συπερσψµµετριχαλ τηεορψ ρεπρεσεντσ τηατ αππροαχη. Συπερ− Ψετ εϖεν Ωιττεν, ωηοσε αναλψτιχαλ παρτνερ, ορ σπαρτιχλε. Ονε στρικινγ φεα− στρινγ τηεορψ βεγαν ρατηερ µοδεστλψ. Ιν σκιλλσ αρε λεγενδαρψ, ηασ στρυγγλεδ το τυρε οφ συπερσψµµετρψ ισ τηατ ιτσ ποω− τηε εαρλψ 1970σ τηεοριστσ προποσεδ τηατ λινκ συπερστρινγσ το κνοων πηψσιχαλ ερ χαν βε ινχρεασεδ ιφ ιτ ισ εξτενδεδ ιντο τηε στρονγ νυχλεαρ φορχε χουλδ στεµ πηενοµενα. Ρεχεντλψ ηε ηασ φοργεδ α εξτρα διµενσιονσ. ϑυστ ασ αν αστροναυτ φροµ ιντεραχτιονσ οφ στρινγλικε παρτι− βριδγε βετωεεν συπερστρινγσ ανδ βλαχκ ρισινγ αβοϖε τηε τωο−διµενσιοναλ πλανε χλεσ. Ιν τηε σαµε ωαψ τηατ ϖιβρατιονσ οφ ηολεσ, ωηιχη ηαϖε τραδιτιοναλλψ βεεν οφ τηε εαρτη χαν αππρεηενδ ιτσ γλοβαλ ϖιολιν στρινγσ γιϖε ρισε το δι⇑ερεντ τηε πλαψγρουνδ οφ τηεοριστσ σπεχιαλιζ− σψµµετρψ, σο χαν τηεοριστσ δισχερν τηε νοτεσ, σο χουλδ τηε ϖιβρατιονσ οφ τηεσε ινγ ιν γενεραλ ρελατιϖιτψ ρατηερ τηαν παρ− µορε συβτλε σψµµετριεσ υνδερλψινγ στρινγσ ψιελδ τηε δισπαρατε παρτιχλεσ ιν− τιχλε πηψσιχσ. Ιν 1991 Ωιττεν σηοωεδ παρτιχλε ιντεραχτιονσ βψ ϖιεωινγ τηεµ ϖολϖεδ ιν τηε στρονγ φορχε. ηοω συπερστρινγ τηεορψ χουλδ ψιελδ φροµ α ηιγηερ−διµενσιοναλ στανδποιντ. Τηατ ρουτε ωασ αβανδονεδ ιν φαϖορ βλαχκ ηολεσ∇αλβειτ ονλψ ηιγηλψ σιµπλι− Τηεοριστσ ηαϖε χονστρυχτεδ ϖαρ− ⇒εδ, τωο−διµενσιοναλ ονεσ. Ωιτ− ιουσ συπερσψµµετριχαλ γρανδ υνι− τεν∏σ παπερ τριγγερεδ α βυρστ οφ ⇒εδ τηεοριεσ ανδ εϖεν θυαντυµ τηεορετιχαλ αχτιϖιτψ τηατ χοντινυεσ γραϖιτψ τηεοριεσ. Αν εξαµπλε οφ το τηισ δαψ. τηε λαττερ ισ συπεργραϖιτψ, ωηιχη Συπερστρινγσ µαψ αλσο ηελπ ασσυµεσ τηατ γραϖιτονσ, τηε παρτι− ωραπ υπ α χονυνδρυµ ρελατεδ το χλεσ τηατ τρανσµιτ γραϖιτψ, ηαϖε βλαχκ ηολεσ ποιντεδ ουτ βψ Ηαωκ− συπερσψµµετριχαλ παρτνερσ χαλλεδ ινγ τωο δεχαδεσ αγο. Ηαωκινγ γραϖιτινοσ. Ιν 1980 συπεργραϖιτψ σηοωεδ τηατ θυαντυµ ε⇑εχτσ σεεµεδ σο προµισινγ τηατ Στεπη− µιγητ χαυσε βλαχκ ηολεσ το ραδι− εν Ω. Ηαωκινγ οφ τηε Υνιϖερσιτψ ατε αωαψ ενεργψ∇ανδ τηερεφορε οφ Χαµβριδγε αννουνχεδ τηατ ιτ µασσ∇υντιλ τηεψ εϖεντυαλλψ εϖαπ− µιγητ ρεπρεσεντ τηε λονγ−σουγητ ορατε. Ηε συµµεδ υπ ηισ ⇒νδινγ χοµπλετε ανδ υνι⇒εδ τηεορψ οφ ωιτη τηε πηρασε Βλαχκ ηολεσ αιν∏τ πηψσιχσ. Βυτ συπεργραϖιτψ σοον σο βλαχκ. Βεχαυσε α βλαχκ ηολε βογγεδ δοων ιν µατηεµατιχαλ ρεπρεσεντσ, ατ λεαστ ιν πρινχιπλε, α προβλεµσ ρελατεδ το τηε δε⇒νι− ρεχορδ οφ τηε προχεσσεσ τηατ χρε− τιον οφ γραϖιτονσ ασ ποιντσ. ϑυστ ατεδ ιτ, ιτσ εϖαπορατιον ρεσυλτσ ιν ασ διϖισιον βψ ζερο ψιελδσ αν ιν− α περµανεντ λοσσ οφ ινφορµατιον. ⇒νιτε ανδ ηενχε µεανινγλεσσ ρε− Τηε παστ, ιν α σενσε, ισ εραδιχατ− συλτ, σο δο χαλχυλατιονσ ινϖολϖινγ εδ. Ηαωκινγ προχλαιµεδ, ανδ ποιντλικε παρτιχλεσ. Γαυγε τηεο− µανψ τηεοριστσ αγρεεδ, τηατ ηε ριεσ ηαδ ηελπεδ πηψσιχιστσ χον− ηαδ υνχοϖερεδ α παραδοξ τηατ ΤΟΠ ΘΥΑΡΚ ισ τηε σολε πιεχε οφ τηε Στανδαρδ Μοδελ στρυχτινγ µοδελσ οφ ελεχτροµαγ− χουλδ βε ρεσολϖεδ ονλψ βψ µοδι− ψετ το βε υναµβιγυουσλψ δετεχτεδ. Τηισ ιµαγε νετισµ ανδ τηε νυχλεαρ φορχεσ σηοωσ α τοπ−θυαρκ χανδιδατε σποττεδ ατ τηε Φερµι φψινγ ειτηερ θυαντυµ µεχηανιχσ οϖερχοµε τηισ προβλεµ. Βυτ γραϖ− ορ γενεραλ ρελατιϖιτψ. Νατιοναλ Αχχελερατορ Λαβορατορψ ιν 1989. 102 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ιν α παπερ πυβλισηεδ ιν Πηψσιχαλ Ρε− ϖιεω Λεττερσ λαστ Οχτοβερ, Λεοναρδ Συσσκινδ οφ Στανφορδ Υνιϖερσιτψ σηοωσ ηοω συπερστρινγσ µιγητ σολϖε τηε πυζ− ζλε. Τηε παραδοξ ιδεντι⇒εδ βψ Ηαωκ− ινγ, Συσσκινδ εξπλαινσ, αρισεσ ουτ οφ τηε ασσυµπτιον, εµβεδδεδ ιν γενεραλ ρελα− τιϖιτψ, τηατ δι⇑ερεντ οβσερϖερσ ηαϖε τηε σαµε πιχτυρε οφ ηοω ινφορµατιον ισ στορεδ ιν α γιϖεν ρεγιον οφ σπαχε ανδ τιµε. Βυτ αχχορδινγ το συπερστρινγ τηε− ορψ, δι⇑ερεντ οβσερϖερσ χαν ηαϖε δι⇑ερ− εντ πιχτυρεσ. Φορ ανψ σινγλε οβσερϖερ, τηε παστ ισ πρεσερϖεδ. Χριτιχσ χηαργε τηατ συχη ωορκ ισ νοτ εϖεν πηψσιχσ, βεχαυσε ιτ ισ σο διϖορχεδ φροµ ανψ εξπεριµενταλλψ αχχεσσιβλε πηε− νοµενα. Συσσκινδ ρετορτσ τηατ προγρεσσ ιν πηψσιχσ χαν νο λονγερ βε αχηιεϖεδ ιν τραδιτιοναλ ωαψσ. Ιτ∏σ θυιτε αππαρεντ το µε τηατ ιφ τηε θυεστιονσ ραισεδ οϖερ τηε παστ 15 το 20 ψεαρσ αρε γοινγ το βε ρε− σολϖεδ, ιτ ισ νοτ γοινγ το βε τηρουγη εξ− περιµεντσ προχεεδινγ ιν ινχρεµενταλ στεπσ, Συσσκινδ δεχλαρεσ. Ιτ ωουλδ βε ηοπελεσσ το γετ το τηε Πλανχκ σχαλε τηισ ωαψ. Πεοπλε ωηο ιγνορε τηισ αρε σιµπλψ γοινγ το βεχοµε ιρρελεϖαντ. Ωιττεν εξ− πρεσσεσ τηε σαµε ϖιεω, τηουγη σοµε− ωηατ µορε µιλδλψ : Ι τηινκ ωε χουλδ δο µυχη βεττερ ωιτη εξπεριµεντσ, βυτ Ι ηαϖε φαιτη ιν ηυµαν περσεϖερανχε. ∆εσπερατελψ Σεεκινγ ∆ατα Μοστ τηεοριστσ νονετηελεσσ χραϖε σοµε ηιντ φροµ εξπεριµεντσ τηατ τηεψ αρε ον τηε ριγητ τραχκ. Μανψ ηαϖε πιννεδ τηειρ ηοπεσ ον ⇒νδινγ εϖιδενχε οφ συπερσψµµετρψ, ωηιχη ισ α νεχεσ− σαρψ τηουγη νοτ συ⇔χιεντ τεστ φορ συ− περστρινγσ. Βοτη Φερµιλαβ ανδ ΧΕΡΝ ηαϖε αττεµπτεδ το δετεχτ συπερσψµ− µετριχαλ παρτιχλεσ, ιν ϖαιν. Σοµε ωορκερσ χλαιµ ΧΕΡΝ ηασ αλ− ρεαδψ προϖιδεδ ωηατ µαψ βε τεντατιϖε εϖιδενχε οφ συπερσψµµετρψ. Ρεσεαρχη− ερσ τηερε ηαϖε βεεν περφορµινγ ηιγηλψ πρεχισε µεασυρεµεντσ οφ τηε σο−χαλλεδ χουπλινγ χονσταντσ οφ ελεχτροµαγνετ− ισµ, τηε ωεακ φορχε ανδ τηε στρονγ φορχε. (Τηε χουπλινγ χονσταντ οφ α φορχε ισ α µεασυρε οφ ιτσ στρενγτη.) Γρανδ υνι⇒εδ τηεοριεσ πρεδιχτ τηατ τηε χου− πλινγ χονσταντσ οφ τηε τηρεε σηορτ− ρανγε φορχεσ, ωηιχη ηαϖε δι⇑ερεντ ϖαλ− υεσ ατ λοω ενεργιεσ, σηουλδ χονϖεργε ατ ηιγη ενεργιεσ. ΧΕΡΝ∏σ δατα δισαγρεε ωιτη τηε πρεδιχτιονσ οφ τηε ολδ ΣΥ(5) ΓΥΤ, βυτ ωηεν συπερσψµµετρψ ισ αδ− δεδ το τηε τηεορψ τηε πρεδιχτιονσ µατχη εξαχτλψ, αχχορδινγ το Ελλισ οφ ΧΕΡΝ. Οτηερσ ⇒νδ τηεσε ρεσυλτσ υνχονϖινχ− ινγ. Ι ωουλδν∏τ ϕυµπ υπ ανδ δοων ψετ, σαψσ Αλϖαρο ∆ε Ρϕυλα, ανοτηερ ΧΕΡΝ τηεοριστ. Ηε νοτεσ τηατ τηε τρενδσ µεασυρεδ ατ ΧΕΡΝ συππορτ συπερσψµ− µετρψ ονλψ ιφ τηεψ αρε εξτραπολατεδ βψ Copyright 1994 Scientific American, Inc. µανψ ορδερσ οφ µαγνιτυδε. Ινδεεδ, ∆ε Ρϕυλα συγγεστσ τηατ σοµε οφ ηισ χολ− λεαγυεσ αρε α βιτ τοο εναµορεδ οφ συ− περσψµµετρψ, γιϖεν τηε παυχιτψ οφ εϖι− δενχε. Τηε χοινχιδενχε ιν σουνδ βε− τωεεν συπερσψµµετρψ ανδ συπερστιτιον ισ σιγνι⇒χαντ, ηε σαψσ δρψλψ. ςαριουσ οτηερ εξπεριµεντσ µαψ ιλλυ− µινατε τερριτορψ βεψονδ τηε Στανδαρδ Μοδελ σοον. Φερµιλαβ ισ στιλλ σεαρχηινγ φορ τηε τοπ θυαρκ, τηε λονε παρτιχλε πρε− διχτεδ βψ τηε Στανδαρδ Μοδελ τηατ ηασ νοτ ψετ βεεν χαπτυρεδ. Τηε χοντινυεδ φαιλυρε το ⇒νδ τηε τοπ θυαρκ ωουλδ χοντραδιχτ τηε Στανδαρδ Μοδελ ανδ ωουλδ τηυσ βε α µαϕορ βρεακτηρουγη, νοτεσ ϑοσ Ν. Βενλλοχη, α τοπ−θυαρκ ηυντερ ατ Φερµιλαβ. Ψετ ωορκερσ τηερε µαψ αλρεαδψ ηαϖε γλιµπσεδ τηε παρτιχλε ιν τηε εξπεχτεδ ρανγε, ανδ µοστ οβ− σερϖερσ αντιχιπατε τηατ τηεψ ωιλλ αν− νουνχε ιτσ δισχοϖερψ σοον. Βοτη Φερµιλαβ ανδ ΧΕΡΝ αρε πλαν− νινγ υπγραδεσ οφ τηειρ µαιν αχχελερα− τορσ. Φερµιλαβ ηοπεσ το ινχρεασε τηε βεαµ δενσιτψ οφ τηε Τεϖατρον, ωηιχη σλαµσ προτονσ ανδ αντιπροτονσ ιντο ονε ανοτηερ, ανδ ΧΕΡΝ ιντενδσ το δουβλε τηε ποωερ οφ ιτσ Λαργε Ελεχτρον−Ποσι− τρον (ΛΕΠ) χολλιδερ. Τηεσε µαχηινεσ ωιλλ γιϖε ωορκερσ ανοτηερ σηοτ∇αλβειτ α λονγ ονε∇ατ ⇒νδινγ συπερσψµµετριχαλ παρ− τιχλεσ. Τηεψ ηαϖε αν εϖεν µορε ρεµοτε χηανχε οφ ⇒νδινγ τηε Ηιγγσ βοσον. Τηεοριστσ τηινκ τηισ παρτιχλε µαψ πλαψ α χρυχιαλ ρολε ιν τηε σψµµετρψ βρεακινγ, ορ υνραϖελινγ, οφ ελεχτροµαγνετισµ ανδ τηε ωεακ φορχε ατ ηιγη ενεργιεσ. Τηε Ηιγγσ βοσον µαψ εϖεν ιλλυµινατε ηοω παρτιχλεσ αχθυιρε συχη α ωιδε ρανγε οφ σεεµινγλψ αρβιτραρψ µασσεσ. Αχχελερατορσ µαψ αλσο κεεπ τηεοριστσ βυσψ ωιτη στυδιεσ οφ µεσονσ, εξτρεµελψ σηορτ−λιϖεδ παρτιχλεσ χοµποσεδ οφ α θυαρκ ανδ αν αντιθυαρκ. Εξπεριµεντσ ωιτη σο−χαλλεδ Κ µεσονσ, ορ καονσ, ιν τηε 1960σ λεδ το τηε δισχοϖερψ τηατ µατ− τερ ανδ αντιµαττερ αρε νοτ µιρρορ ιµ− αγεσ οφ εαχη οτηερ βυτ ινστεαδ εξηιβιτ α συβτλε ασψµµετρψ. Σοµε τηεοριστσ ηαϖε σπεχυλατεδ τηατ ωιτηουτ τηισ ασψµµε− τρψ, χαλλεδ χηαργε−παριτψ ϖιολατιον, τηε υνιϖερσε ωουλδ νοτ εξιστ, βεχαυσε τηε βιγ βανγ ωουλδ ηαϖε σπαωνεδ πρεχισε− λψ τηε σαµε αµουντσ οφ µαττερ ανδ αν− τιµαττερ. Ματτερ ανδ αντιµαττερ αννιηι− λατε εαχη οτηερ ον χονταχτ. Πηψσιχιστσ ηοπε το εξπλορε τηεσε ιδεασ φυρτηερ ωιτη εξπεριµεντσ ον Β µεσονσ, ωηιχη αρε εξπεχτεδ το δισπλαψ χηαργε− παριτψ ϖιολατιον µορε οφτεν τηαν Κ µε− σονσ δο. Λαστ φαλλ τηε σαµε βιλλ τηατ κιλλεδ τηε ΣΣΧ αυτηοριζεδ τηε χονστρυχ− τιον οφ α ∃237−µιλλιον φαχιλιτψ φορ γενερ− ΕΥΡΟΠΕΑΝ ΛΑΒΟΡΑΤΟΡΨ φορ παρτιχλε πηψσιχσ νεαρ Γενεϖα, αλσο χαλλεδ ΧΕΡΝ (τοπ ), ρεπρεσεντσ τηε βεστ ηοπε φορ παρτιχλε πηψσιχιστσ νοω τηατ τηε ΣΣΧ ισ δεαδ. Οϖερ τηε νεξτ δεχαδε, ο⇔χιαλσ τηερε ηοπε το βυιλδ τηε ωορλδ∏σ µοστ ποωερφυλ αχχελερατορ, τηε Λαργε Ηαδρον Χολλιδερ, ιν τηε 27−κιλοµετερ τυννελ νοω ηουσινγ τηε Λαργε Ελεχ− τρον−Ποσιτρον Χολλιδερ (ΛΕΠ). Ονε οφ τηε ΛΕΠ∏σ µασσιϖε δετεχτορσ ισ σηοων (βοττοµ ). ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 103 ∆οεσ Παρτιχλε Πηψσιχσ Νεεδ α Νεω Παραδιγµ? Α lthough it is difficult to understand and to manipu- language in which the Standard Model is written. Yet he late, superstring theory is by far the leading candi- has become increasingly dissatisfied with current apdate for a quantum gravity theory. One reason may be that proaches to quantum gravity, which he feels gives short it represents an extension of ideas, such as symmetry, that shrift to such essential concepts as causality. are deeply ingrained in the culture of particle physics. Some He suggests that physicists try constructing physical theorists think it is time to consider fresh approaches. models based on cellular automata, creations of computer One innovative quantum gravity scheme has emerged science that have causality as a basic feature. A cellular over the past half a dozen years from a group of special- automaton consists of a grid of discrete units, or cells, ists in general relativity. It is called loopthat evolve according to specific rules. space theory, or the Ashtekar theory, afThe state of each cell is determined by ter one of its originators, Abhay Ashtekar the states of its immediate neighbors. of Syracuse University. Ashtekar and his Another prominent physicist advocatcolleagues have found a way to rewrite ing new modes of thinking is Roger Penthe equations of general relativity so that rose of the University of Oxford. He questhey resemble the equations of quantum tions the assumption of most particle electrodynamics. physicists that symmetry is a fundamenThis method allows them to treat gravtal feature of nature rather than of their ity as a quantum mechanical phenomtheories. This belief, Penrose contends, enon without encountering the matherests ultimately on an aesthetic prefermatical problems that have blocked other ence, one that he and other physicists do attempts. One of the implications of the not necessarily share. theory is that space is not a seamless en“In my view,” Penrose writes in a recent tity but is composed, like a sheet of chain essay, “if there is to be a final theory, it mail, of discrete, infinitesimal loops. could only be a scheme of a very different An even more radical concept has been nature. Rather than being a physical theoput forward by Gerard ’t Hooft of the Uniry in the ordinary sense, it would have to versity of Utrecht in the Netherlands. ’T ΛΟΟΠ−ΣΠΑΧΕ ΤΗΕΟΡΨ ισ µοδ− be a principle—a mathematical principle Hooft played a major role in the develop- ελεδ βψ α σχυλπτυρε τηατ ισ whose implementation might itself inment of gauge theories, which are the µαδε οφ κεψ ρινγσ. volve nonmechanical subtlety.” ατινγ χοπιουσ αµουντσ οφ Β µεσονσ ατ ΣΛΑΧ. Τηισ Β φαχτορψ χουλδ γενερατε ρεσυλτσ τηατ ϖιολατε τηε Στανδαρδ Μοδελ, ωηιχη περµιτσ χηαργε−παριτψ ϖιολατιον ονλψ ωιτηιν χερταιν παραµετερσ. Νοτ αλλ τηε αχτιον ισ ατ τηε αχχελερ− ατορ λαβορατοριεσ. Ρεσυλτσ ωιτη χοσµιχ σιγνι⇒χανχε µαψ στεµ φροµ νευτρινο οβσερϖατοριεσ. Ινϖαριαβλψ δεσχριβεδ ασ ελυσιϖε βεχαυσε τηεψ σχαρχελψ ιντεραχτ ωιτη νορµαλ µαττερ ανδ αρε τηερεφορε δι⇔χυλτ το δετεχτ, νευτρινοσ πλαψ α χρυ− χιαλ ρολε ιν ελεχτροωεακ ιντεραχτιονσ ανδ ιν χοσµολογιχαλ τηεοριεσ. Βεγιννινγ ιν τηε 1970σ, υνδεργρουνδ δετεχτορσ∇ σοµε οφ τηεµ οριγιναλλψ βυιλτ το δετεχτ προτον δεχαψ∇ηαϖε φουνδ τηατ τηε συν εµιτσ φεωερ νευτρινοσ τηαν πρεδιχτεδ βψ τηε Στανδαρδ Μοδελ. Τηε σολαρ−νευτρινο δε⇒χιτ ηασ βεεν χον⇒ρµεδ βψ τωο νεω δετεχτορσ, αλσο σετ υνδεργρουνδ το χυτ δοων ον σιγναλσ φροµ χοσµιχ ραψσ, τηατ ωατχη φορ νευτρι− νοσ ιν γαλλιυµ χοµπουνδσ ρατηερ τηαν ϖατσ οφ ⇓υιδσ. Τηε τωο οβσερϖατοριεσ αρε τηε Σοϖιετ−Αµεριχαν Γαλλιυµ Εξπερ− ιµεντ, ορ ΣΑΓΕ, ωηιχη ισ βυριεδ βε− νεατη α µουνταιν ιν Ρυσσια∏σ Χαυχασυσ Μουνταινσ, ανδ τηε Γαλλιυµ Εξπεριµεντ, ορ ΓΑΛΛΕΞ, παρτ οφ τηε Γραν Σασσο λαβ− ορατορψ ιν Ιταλψ∏σ Απεννινε Μουνταινσ. Ονε εξπλανατιον φορ τηε δισχρεπανχψ ισ τηατ νευτρινοσ οσχιλλατε βετωεεν 104 ϖαριουσ τψπεσ, χηανγινγ φροµ ελεχτρον νευτρινοσ ιντο ϖερσιονσ µορε δι⇔χυλτ το δετεχτ. Τηισ ισ χαλλεδ τηε ΜΣΩ χον− ϕεχτυρε, αφτερ ιτσ αυτηορσ Στανισλαω Π. Μικηεψεϖ ανδ Αλεκσει Ψ. Σµιρνοϖ, βοτη φροµ τηε Αχαδεµψ οφ Σχιενχεσ ιν Μοσ− χοω, ανδ Λινχολν Ωολφενστειν οφ Χαρνε− γιε Μελλον Υνιϖερσιτψ. Συχη οσχιλλατιονσ χουλδ οχχυρ ονλψ ιφ νευτρινοσ ηαϖε µασσ, α ρεσυλτ τηατ ωουλδ χοντραδιχτ τηε στριχτ− εστ ϖερσιον οφ τηε Στανδαρδ Μοδελ. ϑοην Ν. Βαηχαλλ οφ τηε Ινστιτυτε φορ Αδϖανχεδ Στυδψ, αν αυτηοριτψ ον νευ− τρινοσ, αχκνοωλεδγεσ τηατ τηε Στανδαρδ Μοδελ χουλδ βε µοδι⇒εδ το αχχοµµο− δατε µασσιϖε, οσχιλλατινγ νευτρινοσ. Ον τηε οτηερ ηανδ, τηε ϖαλυεσ οβσερϖεδ σο φαρ αρε αλλ ωιτηιν τηε ρανγεσ πρεδιχτεδ βψ γρανδ υνι⇒χατιον τηεοριεσ, ινχλυδινγ τηοσε ινχορπορατινγ συπερσψµµετρψ. Μορε δεταιλεδ στυδιεσ χουλδ βε υσεδ ασ α τεστ οφ ωηιχη οφ µανψ γρανδ υνι⇒χα− τιον ιδεασ αρε χορρεχτ, Βαηχαλλ αδδσ. Τηε χον⇒ρµατιον τηατ νευτρινοσ ηαϖε µασσ− εσ χουλδ µακε τηεµ α λεαδινγ χανδι− δατε φορ τηε δαρκ ορ µισσινγ µαττερ τηατ µοστ χοσµολογιστσ τηινκ περϖαδεσ τηε υνιϖερσε. Μορε δατα σηουλδ βε φορτηχοµινγ ωιτηιν τηε νεξτ φεω ψεαρσ ασ εξτρεµελψ σενσιτιϖε νευτρινο οβσερ− ϖατοριεσ βεγιν οπερατινγ ιν ϑαπαν ανδ Χαναδα. Ατ τηε σαµε τιµε, αχχελερατορ− βασεδ εξπεριµεντσ∇ινχλυδινγ τωο ατ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 ΧΕΡΝ ανδ ανοτηερ ατ τηε Γραν Σασσο λαβορατορψ∇ωιλλ αττεµπτ το πιν δοων τηε µασσεσ οφ νευτρινοσ. Ωεινβεργ ωαρνσ αγαινστ βεινγ οϖερ− χον⇒δεντ τηατ ανψ οφ τηεσε εξπεριµεντσ ωιλλ ψιελδ συβσταντιαλλψ νεω πηψσιχσ: Τηερε αρε ϖαριουσ ωαψσ ωε µιγητ γετ λυχκψ οϖερ τηε νεξτ ⇒ϖε το 10 ψεαρσ, βυτ ωε∏ϖε αλρεαδψ βεεν σαψινγ τηατ φορ 10 ορ 15 ψεαρσ νοω. Γλασηοω ισ σιµιλαρλψ πεσσιµιστιχ. Ηε δουβτσ ωηετηερ λοω−εν− εργψ εξπεριµεντσ αρε εϖερ αγαιν λικελψ το δισχοϖερ πηενοµενα τηατ ϖιολατε τηε Στανδαρδ Μοδελ. Ηε ποιντσ ουτ τηατ τηερε ηαϖε βεεν νυµερουσ χλαιµσ οφ συχη πηενοµενα ιν ρεχεντ ψεαρσ∇ιν− ϖολϖινγ αν εντιρελψ νεω ⇒φτη φορχε οφ νατυρε τηατ χουντεραχτεδ γραϖιτψ; εξ− τρεµελψ ηεαϖψ (17,000 ελεχτρον ϖολτσ) νευτρινοσ; ανδ µονοπολεσ, εξοτιχ παρτι− χλεσ ποσσεσσινγ ονλψ α σινγλε µαγνετιχ πολε. Νονε οφ τηεσε ηασ ηελδ υπ. Τηε θυεστιον ιν µψ µινδ ισ ηοω ψου κεεπ τογετηερ τηε ηιγη−ενεργψ πηψσ− ιχσ εσταβλισηµεντ υντιλ τηε νεξτ λαργε αχχελερατορ ισ βυιλτ, Γλασηοω σαψσ. Πεο− πλε ωιλλ δο βορινγ τηινγσ. Νοβοδψ ωιλλ αδµιτ τηατ ωηατ τηεψ∏ρε δοινγ ισ βορ− ινγ, βυτ ιτ∏λλ στιλλ βε βορινγ. Τηε Συπερχονδυχτινγ Συπερ Χολλιδερ, Ωεινβεργ ανδ Γλασηοω χοντενδ, ρεπρε− σεντεδ τηε βεστ ποσσιβλε αϖενυε το εξ− χιτινγ νεω πηψσιχσ. Τηε ΣΣΧ ωασ οφτεν Copyright 1994 Scientific American, Inc. µαρκετεδ ασ α µαχηινε τηατ ωουλδ ρε− ϖεαλ τηε Ηιγγσ βοσον. Βυτ ασ ΧΕΡΝ τηε− οριστ ∆ε Ρϕυλα ποιντσ ουτ, τηε δισχοϖ− ερψ οφ τηε Ηιγγσ βοσον ωουλδ νοτ νεχ− εσσαριλψ βρεακ τηε ⇒ελδ οφ πηψσιχσ ωιδε οπεν. Ωηερεασ συχη α ⇒νδινγ ωουλδ βε α χρυχιαλ χον⇒ρµατιον οφ ελεχτροωεακ τηεορψ, ιν ιτσελφ ιτ ωουλδ ρεπρεσεντ µερελψ αν εξτενσιον οφ τηε Στανδαρδ Μοδελ, ηε εξπλαινσ. Τηε βοοκσ ηαϖε αλ− ρεαδψ βεεν ωριττεν ον τηατ. Ιτ µιγητ νοτ οπεν α ωινδοω το ανψτηινγ νεω. Συπερσψµµετρψ ρεπρεσεντεδ α φαρ µορε σιγνι⇒χαντ ταργετ οφ τηε ΣΣΧ, αχ− χορδινγ το ∆αϖιδ ϑ. Γροσσ οφ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ. Τηατ ωουλδ ηαϖε βεεν α µαϕορ δισχοϖερψ, ασ µαϕορ ασ ανψ ιν τηισ χεντυρψ, σαψσ Γροσσ, ωηο πλαψεδ αν ιµπορταντ ρολε ιν τηε δεϖελοπµεντ οφ θυαντυµ χηροµοδψναµιχσ ανδ ισ νοω α προµινεντ συπερστρινγ αδϖοχατε. Ιτ ωουλδ ηαϖε ενλαργεδ ουρ ϖιεω οφ σπαχε ανδ τιµε. Ιτ ωουλδ ηαϖε προϖεδ τηε εξιστενχε οφ οτηερ διµενσιονσ. ϑοην Π. Πρεσκιλλ οφ Χαλτεχη ηαδ στιλλ αν− οτηερ ηοπε, τηατ τηε ΣΣΧ ωουλδ ⇒νδ σοµετηινγ υττερλψ υναντιχιπατεδ. Τηατ ωασ ωηατ ωασ νεεδεδ το λιϖεν υπ παρτι− χλε πηψσιχσ, ηε σαψσ. Νοω τηατ τηε ΣΣΧ ισ γονε, πηψσιχιστσ ηοπε το ⇒νδ σαλϖατιον τηρουγη τηε Λαργε Ηαδρον Χολλιδερ, ορ ΛΗΧ, α σιµι− λαρ βυτ σµαλλερ προτον σµασηερ τηατ µαψ βε βυιλτ ατ ΧΕΡΝ. ΧΕΡΝ ονχε ιν− τενδεδ το βυιλδ τηε ΛΗΧ βεφορε τηε συ− περ χολλιδερ ανδ ποσσιβλψ δισχοϖερ τηε Ηιγγσ βοσον ⇒ρστ. Τηε χηιεφ αδϖανταγε οφ τηε ΛΗΧ ισ τηατ ιτ ωουλδ βε βυιλτ ιν α πρεεξιστινγ, 27−κιλοµετερ−λονγ τυννελ, τηε ονε νοω ηουσινγ τηε ΛΕΠ χολλιδερ. Ο⇔χιαλσ ατ ΧΕΡΝ εστιµατε τηατ τηε Λαργε Ηαδρον Χολλιδερ χουλδ βε βυιλτ φορ υνδερ ∃3 βιλλιον, λεσσ τηαν α τηιρδ οφ τηε εστιµατεδ χοστ οφ τηε ΣΣΧ. Σοµε οβσερϖερσ ηαϖε ϖοιχεδ χονχερν τηατ τηε Ευροπεαν Χοµµυνιτψ µαψ φολ− λοω τηε λεαδ οφ τηε Υ.Σ. Χονγρεσσ ανδ χανχελ ορ ινδε⇒νιτελψ δελαψ τηε χον− στρυχτιον οφ τηε ΛΗΧ. Ψετ Χηριστοπηερ Λλεωελλψν Σµιτη, ωηο συχχεεδεδ Ρυββια ασ διρεχτορ γενεραλ οφ ΧΕΡΝ ιν ϑανυαρψ, ισ χον⇒δεντ τηατ τηε ΛΗΧ ωιλλ βε βυιλτ ανδ οπερατινγ σοµετιµε εαρλψ ιν τηε νεξτ χεντυρψ. Ι ωασ χον⇒δεντ ανψωαψ, βυτ νοω ιτ ϕυστ ηασ το γο φορωαρδ, βε− χαυσε ιτ ωιλλ βε υνιθυε, ηε σαψσ. Ωηιλε αχκνοωλεδγινγ τηατ σοµε ΧΕΡΝ µεµ− βερσ φεαρ τηειρ ϖοιχεσ µιγητ γετ λοστ ιφ τηε Υ.Σ. δεχιδεσ το χοντριβυτε το τηε ΛΗΧ προϕεχτ, Λλεωελλψν Σµιτη ινσιστσ τηατ ωε ηαϖε αν οβλιγατιον το ⇒νδ α ωαψ το λετ Αµεριχαν πηψσιχιστσ παρτιχιπατε. Λλεωελλψν Σµιτη εξπεχτσ ΧΕΡΝ το οπ− ερατε τηε ΛΕΠ χολλιδερ τηρουγη τηε ενδ οφ τηισ χεντυρψ ανδ το βρινγ τηε Λαργε Ηαδρον Χολλιδερ ον−λινε βψ 2003. Τηισ σχηεδυλε ωιλλ περµιτ πηψσιχιστσ το εξ− πλοιτ φυλλψ τηε ΛΕΠ ανδ το δεσιγν τηε Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΛΗΧ χαρεφυλλψ. Λεττινγ τηατ δατε σλιπ µυχη µιγητ ενδανγερ τηε ϖιταλιτψ οφ τηε ⇒ελδ, Λλεωελλψν Σµιτη ωαρνσ. Ψου χαν∏τ σταρτ αν εξπεριµεντ ανδ εξπεχτ ψουρ γρανδχηιλδρεν το ⇒νιση ιτ. Τηερε ισ νο γυαραντεε τηατ τηε ΛΗΧ ωιλλ βε βυιλτ∇ορ τηατ ιτ ωιλλ βε α συχ− χεσσ. Αλτηουγη χηεαπερ τηαν τηε ΣΣΧ, ιτ ωιλλ βε α ρισκιερ προϕεχτ, ασ Αµεριχαν πηψσιχιστσ ωερε φονδ οφ ποιντινγ ουτ βεφορε τηε ΣΣΧ ωασ ⇒ναλλψ κιλλεδ. Ωιτη αν ενεργψ ρανγε ονλψ ονε τηιρδ τηατ οφ τηε ΣΣΧ, τηε ΛΗΧ ωουλδ ηαϖε α σµαλλερ χηανχε οφ ⇒νδινγ τηε Ηιγγσ βοσον ορ συπερσψµµετριχαλ παρτιχλεσ∇ορ σοµε υνεξπεχτεδ πηενοµενον. Μορεοϖερ, το αχηιεϖε τηατ ενεργψ ρανγε ιν ιτσ ρελα− τιϖελψ σµαλλ τυννελ, ιτ µυστ πυση συπερ− χονδυχτινγ−µαγνετ τεχηνολογψ το ιτσ λιµιτσ. Αµεριχαν πηψσιχιστσ αρε νονε− τηελεσσ ραλλψινγ βεηινδ τηε µαχηινε τηεψ ονχε χριτιχιζεδ. Τηε ΛΗΧ ρεπρε− σεντσ ουρ βεστ ηοπε νοω, Ωεινβεργ χοµµεντσ. Πλασµα Συρ⇒νγ Σοµε ωορκερσ, παρτιχυλαρλψ τηοσε ωηο σπεχυλατε αβουτ θυαντυµ γραϖιτψ, αρε ηοπεφυλ τηατ τηειρ ⇒ελδ χαν προγρεσσ τηρουγη σοµε δραµατιχ τηεορετιχαλ αδ− ϖανχε τηατ ψιελδσ γρεατερ υνδερστανδινγ οφ εξπεριµενταλλψ αχχεσσιβλε πηενοµε− να. Ωιττεν σαψσ πηψσιχσ µαψ λεαπ φορ− ωαρδ ωηεν ινϖεστιγατορσ υνεαρτη ωηατ ηε χαλλσ τηε χορε γεοµετριχαλ πρινχι− πλεσ υνδερλψινγ συπερστρινγ τηεορψ. Ηισ φελλοω στρινγ εντηυσιαστ Γροσσ αδδσ, Ι ηαϖε φαντασψ σχεναριοσ ιν ωηιχη ωε συχχεεδ ωιτηουτ εξπεριµενταλ ινπυτ. Βυτ εϖεν Σιδνεψ Ρ. Χολεµαν οφ Ηαρ− ϖαρδ, ωηο ισ ρενοωνεδ φορ ηισ ωορκ ον συχη ηιγηλψ σπεχυλατιϖε πηενοµενα ασ παραλλελ υνιϖερσεσ ανδ ωορµηολεσ, ωηιχη αρε ρυπτυρεσ ιν τηε φαβριχ οφ σπαχε ανδ τιµε, ⇒νδσ συχη σχεναριοσ υνλικελψ. Εξπεριµεντ ισ τηε σουρχε οφ σχιεντι⇒χ ιµαγινατιον, ηε ρεµαρκσ. Αλλ τηε πηιλ− οσοπηερσ ιν τηε ωορλδ τηινκινγ φορ τηουσανδσ οφ ψεαρσ χουλδν∏τ χοµε υπ ωιτη θυαντυµ µεχηανιχσ. Σαµυελ Χ. Τινγ, α προφεσσορ ατ τηε Μασσαχηυσεττσ Ινστιτυτε οφ Τεχηνολογψ ανδ ηεαδ οφ τηε λαργεστ δετεχτορ ατ ΧΕΡΝ∏σ ΛΕΠ χολλιδερ, αγρεεσ. Ηε ποιντσ ουτ τηατ ιν τηισ χεντυρψ, αδϖανχεσ ιν πηψσιχσ αλµοστ αλωαψσ χοµε φροµ α τοταλλψ υνεξπεχτεδ εξπεριµενταλ ρεσυλτ. Τηε δισχοϖεριεσ οφ αντιµαττερ (πρεδιχτ− εδ βψ Π.Α.Μ. ∆ιραχ ιν 1930) ανδ οφ τηε Ζ ανδ Ω παρτιχλεσ (πρεδιχτεδ βψ Ωειν− βεργ ανδ οτηερσ) ωερε εξχεπτιονσ το τηισ ρυλε. Μορε τψπιχαλ ωασ τηε δισχοϖ− ερψ ιν τηε 1950σ οφ α συβτλε ασψµµετρψ ιν τηε βεηαϖιορ οφ χερταιν παρτιχλεσ τηατ ωασ νοτ ονλψ υνεξπεχτεδ βυτ ωασ τηουγητ το βε προηιβιτεδ βψ τηε κνοων ρυλεσ οφ πηψσιχσ. Ωε νεεδ ρεϖολυτιοναρψ ιδεασ ιν αχ− χελερατορ δεσιγν µορε τηαν ωε νεεδ τηεορψ, Τινγ αργυεσ. Μοστ υνιϖερσιτιεσ δο νοτ ηαϖε αχχελερατορ χουρσεσ. Ωιτη− ουτ συχη α χουρσε, ανδ αν ινφυσιον οφ νεω ιδεασ, τηε ⇒ελδ ωιλλ διε. Τηισ ωουλδ ηαϖε βεεν τρυε εϖεν ιφ τηε ΣΣΧ ηαδ βεεν βυιλτ, ηε αδδσ. Φορ σοµε τιµε, πλανσ ηαϖε βεεν υν− δερ ωαψ φορ α λαργε λινεαρ αχχελερατορ τηατ, ωηιλε λεσσ ποωερφυλ τηαν τηε ΣΣΧ, ωουλδ προϖιδε µορε πρεχισε, χλεανερ ΕΛΕΧΤΡΟΝ ΒΕΑΜ ⇓ασηεσ τηρουγη α χηαµβερ οφ πλασµα ιν α δεµονστρατιον οφ τηε ωακε−⇒ελδ αχχελερατιον τεχηνιθυε ατ Αργοννε Νατιοναλ Λαβορατορψ. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 105 Τηε Χρισισ ιν Πηψσιχσ, 1904 ∆ oes the current state of physics represent the dark before the dawn? Modern physicists seeking support for this Panglossian view often turn to their field’s history, which offers many examples of crises that were eventually overcome. Perhaps the most dramatic such period occurred at the beginning of this century. The discoveries of x-rays, electrons, protons and other forms of radiation emanating from atoms had strained classical physics to the breaking point. So had experiments on light, which posed problems that commonsense notions about space and time could not resolve. In 1904 a number of the most prominent physicists in the world gathered at the Congress of Arts and Science in St. Louis, Mo., to discuss the plight of physics. At the meeting, Ernest Rutherford, Henri Poincaré, Ludwig Boltzmann and other luminaries outlined the quandaries they faced and suggested possible resolutions. Chen Ning Yang of the State University of New York at Stony Brook has read these speeches, which the American Institute of Physics printed in 1986 as volume five of its series The History of Modern Physics. “They all recognized there was a great crisis,” observes Yang, who shared the 1957 Nobel Prize for having proposed an experiment that confirmed the existence of a subtle asymmetry, or “hand- δατα. Τηε προϕεχτ, ωηιχη ινϖολϖεσ α χολ− λαβορατιον οφ πηψσιχιστσ ιν τηε Υ.Σ., Ευ− ροπε ανδ Ασια, ισ τηε Νεξτ Λινεαρ Χολ− λιδερ, ορ ΝΛΧ. Ασ χυρρεντλψ χονχειϖεδ, τηε µαχηινε ωουλδ χονσιστ οφ α τυννελ σοµε 20 κιλοµετερσ λονγ ιν ωηιχη ελεχ− τρονσ ανδ ποσιτρονσ ωουλδ βε ραµµεδ ιντο ονε ανοτηερ ηεαδ−ον. Παρτιχιπαντσ σαψ τηεψ αρε τρψινγ το αϖοιδ τηε προβ− λεµσ τηατ δοοµεδ τηε ΣΣΧ βψ µακινγ συρε τηατ τηε τεχηνολογιχαλ, πολιτιχαλ ανδ ⇒νανχιαλ φουνδατιονσ οφ τηε αχχελ− ερατορ ηαϖε βεεν λαιδ βεφορε χονστρυχ− τιον προχεεδσ. Τηεψ εµπηασιζε, ιν παρ− τιχυλαρ, τηατ τηε προϕεχτ ωιλλ συχχεεδ ονλψ ιφ ιτ ηασ ιντερνατιοναλ συππορτ. Ωηολλψ δι⇑ερεντ αχχελερατορ σχηεµεσ αρε βεινγ εξπλορεδ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Χαλιφορνια ατ Λοσ Ανγελεσ, Αργοννε Να− τιοναλ Λαβορατορψ ανδ ελσεωηερε. Α τεχηνιθυε χαλλεδ πλασµα βεατ−ωαϖε αχ− χελερατιον ινϖολϖεσ σενδινγ α λασερ πυλσε τηρουγη α χηαµβερ οφ οπποσιτελψ χηαργεδ παρτιχλεσ, ορ πλασµα. Τηε ελεχ− τροµαγνετιχ πυλσε χρεατεσ α ωαϖε ιν τηε πλασµα ον ωηιχη ελεχτρονσ χαν συρφ το ηιγη ενεργιεσ. Α σιµιλαρ αππροαχη, ωακε−φιελδ αχχελερατιον, γενερατεσ τηε ωαϖε ωιτη α βεαµ οφ ελεχτρονσ ρατηερ τηαν α λασερ. ϑαµεσ ∆. Σιµπσον οφ Αρ− γοννε εστιµατεσ τηατ ιτ ωιλλ τακε ατ λεαστ 15 το 20 ψεαρσ φορ τηεσε τεχηνολο− γιεσ το µατυρε. Τηερε αρε λοτσ οφ προβ− λεµσ το οϖερχοµε, ηε σαψσ. Γεοργι εµπηασιζεσ τηατ νο χονχειϖ− αβλε µαχηινε ωιλλ χον⇒ρµ γρανδ ορ χοµπλετε υνι⇒χατιον; ατ βεστ, εξπερι− 106 edness,” in certain particle interactions. “They lamented that everything they thought they understood was wrong.” Only a few months later, of course, Albert Einstein formulated his theory of special relativity, which resolved the paradoxes posed by the propagation of light with radical new conceptions of time and space. Within 20 years after that, physicists had developed quantum mechanics, which provided a strange but astonishingly accurate description of the behavior of atoms. But Yang warns that the crisis of 1904 is very different from the present one. The conflict then derived from the inability of previously established ideas to explain experimental results. “That kind of conflict is good,” Yang asserts. “We’re in a different kind of trouble now.” Although general relativity and quantum theories are in apparent conflict, no conceivable experiment can address that incompatibility directly. “There are very few experiments” that can bring about significant progress, Yang comments, and “without checking, it becomes a shot in the dark.” The field might also progress through some great advance in mathematics, but Yang notes that, historically, such advances have been rather rare. In any case, neither outcome is likely to occur within the next 20 years. The field of particle physics “is in trouble, deep trouble,” Yang says. µεντσ χαν γενερατε ονλψ χιρχυµσταντιαλ εϖιδενχε. Ωε∏ϖε βεεν σποιλεδ οϖερ τηε παστ φεω δεχαδεσ, βεχαυσε ψου γετ νοτ ϕυστ ονε [δατυµ χον⇒ρµινγ α τηεορψ] βυτ µανψ, σο ψου ρεαλλψ κνοω ψου∏ρε ριγητ, Γεοργι σαψσ. Νοω Ι∏µ αφραιδ ωε∏ρε γοινγ το ηαϖε το βε σατισ⇒εδ ωιτη δατα τηατ χονϖινχε ονλψ τηοσε ωηο ωερε αλρεαδψ χονϖινχεδ. Ηε αδδσ, Ιτ∏σ α περµανεντ προβλεµ; ωε∏ρε ρυννινγ υπ αγαινστ α φυνδαµενταλ λιµιτ οφ νατυρε. Σοµε πηψσιχιστσ, παρτιχυλαρλψ Ευρο− πεαν ονεσ, προφεσσ το σεε χηαλλενγεσ ρατηερ τηαν πιτφαλλσ αηεαδ. Χρισισ? Νο, Ι σεε νο χρισισ, δεχλαρεσ Υγο Αµαλδι οφ ΧΕΡΝ. Εϖερψ δαψ ωε νεεδ νεω απ− προαχηεσ το βυιλδ νεω ιµαγεσ οφ να− τυρε. ∆ε Ρϕυλα βελιεϖεσ πηψσιχιστσ σηουλδ βε τηανκφυλ τηεψ αρε νοτ ον τηε ϖεργε οφ ⇒νδινγ α ⇒ναλ τηεορψ. Χον− ϖερτινγ σχιενχε ιντο λιτυργψ ωουλδ βε δεπρεσσινγ, ηε χοµµεντσ. Ψετ σοµε οφ τηειρ Αµεριχαν χουντερ− παρτσ φεαρ τηατ τηε ⇒ελδ, ωηιλε αωαιτινγ σοµε ηοπεδ−φορ βρεακτηρουγη ιν ειτηερ αχχελερατορσ ορ µατηεµατιχσ, µαψ δισ− ιντεγρατε. Λεδερµαν, αν ινδεφατιγαβλε προπονεντ οφ σχιενχε εδυχατιον ωηο στιλλ τεαχηεσ υνδεργραδυατε πηψσιχσ, ρεχαλλσ τηατ σινχε τηε χανχελλατιον οφ τηε ΣΣΧ α νυµβερ οφ ηισ στυδεντσ ηαϖε εξπρεσσεδ χονχερν. Τηεψ ασκ µε, Ωηατ δοεσ ιτ µεαν?∏ Λεδερµαν σαψσ. Ι τελλ τηεµ Ι δον∏τ κνοω. Ηε βροοδσ α µοµεντ, τηεν χοντινυεσ: Ιφ Ι ωερε α ψουνγ γυψ, Ι∏δ γο ιντο βραιν σχιενχε ορ χηαοσ ορ χοµπυτερ σχιενχε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Γλασηοω ρεϖεαλσ τηατ σεϖεραλ οφ Ηαρ− ϖαρδ∏σ µοστ ταλεντεδ γραδυατε στυδεντσ ρεχεντλψ δεφεχτεδ το Ωαλλ Στρεετ. Γολδ− µαν, Σαχησ λοϖεσ τηεορετιχαλ πηψσιχιστσ, ηε χον⇒δεσ. Γεοργι νοτεσ τηατ εϖεν βε− φορε τηε ΣΣΧ ωασ τερµινατεδ, τηε σλυµπ− ινγ εχονοµψ ανδ τηε ιν⇓υξ οφ πηψσι− χιστσ φροµ Εαστερν Ευροπε ηαδ χρεατεδ α σηορταγε οφ πηψσιχσ ϕοβσ ιν τηε Υ.Σ. Ι δον∏τ υνδερστανδ ωηψ, βυτ ωε στιλλ γετ φανταστιχ ψουνγ πεοπλε εντερινγ τηε ⇒ελδ, ηε χοµµεντσ. Ωελλ, Ι δο υνδερ− στανδ ωηψ, βεχαυσε τηε θυεστιονσ τηισ ⇒ελδ αδδρεσσεσ αρε σο ιντερεστινγ. Φαραδαψ εξπρεσσεδ ασ ωελλ ασ ανψονε ωηψ ιτ ισ σο δι⇔χυλτ το αβανδον τηε ηοπε τηατ α σινγλε φορχε ρυλεσ νατυρε. Ιφ τηε ηοπε σηουλδ προϖε ωελλ−φουνδ− εδ, τηε Βριτιση σχιεντιστ ωροτε, ηοω γρεατ ανδ µιγητψ ανδ συβλιµε ιν ιτσ ηιτηερτο υνχηανγεαβλε χηαραχτερ ισ τηε φορχε Ι αµ τρψινγ το δεαλ ωιτη, ανδ ηοω λαργε µαψ βε τηε νεω δοµαιν οφ κνοωλ− εδγε τηατ µαψ βε οπενεδ το τηε µινδ οφ µαν? ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ∆ΡΕΑΜΣ ΟΦ Α ΦΙΝΑΛ ΤΗΕΟΡΨ. Στεϖεν Ωεινβεργ. Παντηεον Βοοκσ, 1992. ΤΗΕ ΕΝ∆ ΟΦ ΠΗΨΣΙΧΣ: ΤΗΕ ΜΨΤΗ ΟΦ Α ΥΝΙΦΙΕ∆ ΤΗΕΟΡΨ. ∆αϖιδ Λινδλεψ. Βασιχ Βοοκσ, 1993. ΤΗΕ ΓΟ∆ ΠΑΡΤΙΧΛΕ: ΙΦ ΤΗΕ ΥΝΙςΕΡΣΕ ΙΣ ΤΗΕ ΑΝΣΩΕΡ, ΩΗΑΤ ΙΣ ΤΗΕ ΘΥΕΣΤΙΟΝ? Λεον Λεδερµαν ανδ ∆ιχκ Τερεσι. Ηουγη− τον Μιφφλιν Χοµπανψ, 1993. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΧΕ ΑΝ∆ ΒΥΣΙΝΕΣΣ ∆ρ. Βιγ Βροτηερ Ωιλλ ηεαλτη χαρε ρεφορµ µακε εϖερψονε∏σ λιφε αν οπεν βοοκ? 108 WALLY MAN NAMEE Sygma Τ ηε Χλιντον αδµινιστρατιον∏σ ηεαλτη πλαν σηουλδ γιϖε εϖερψ Αµεριχαν αχχεσσ το µεδιχαλ χαρε ανδ προ− τεχτιον φροµ ⇒νανχιαλ ρυιν. Ιτ ωουλδ αλσο εϖεντυαλλψ γιϖε τηε γοϖερνµεντ σοµε οφ τηε µοστ ιντιµατε δεταιλσ οφ α περσον∏σ πριϖατε λιφε. Ωιτηουτ χαρεφυλ− λψ χραφτεδ σαφεγυαρδσ, τηε πρεσιδεντ∏σ ηεαλτη σεχυριτψ πλαν χουλδ βεχοµε αν ινστρυµεντ οφ Βιγ Βροτηερ. Ιφ τηε Χλιντον πλαν βεχοµεσ λαω, α ποωερφυλ σεϖεν−µεµβερ Νατιοναλ Ηεαλτη Βοαρδ ωιλλ σιτ δοων το ωορκ ουτ τηε ⇒νε δεταιλσ φορ α µεδιχαλ ινφορµατιον ηιγη− ωαψ. Τηισ ελεχτρονιχ ηεαλτη δατα νετωορκ ωουλδ οϖερ τιµε εναβλε ρεγιοναλ ηεαλτη αλλιανχεσ, ινσυρερσ ανδ φεδεραλ, στατε ανδ λοχαλ ηεαλτη ο⇔χιαλσ ανδ ρεσεαρχη− ερσ το ασσεµβλε ανδ εξχηανγε ινφορµα− τιον αβουτ εαχη χιτιζεν χοϖερεδ (τηε πλαν ωιλλ υλτιµατελψ ινχλυδε εϖερψονε). Εϖερψ Αµεριχαν ωιλλ αλσο χαρρψ α πλαστιχ χαρδ ωιτη α πατιεντ ιδεντι⇒χατιον νυµ− βερ, ωηιχη σοµε πριϖαχψ γρουπσ φεαρ χουλδ τυρν ιντο α δε φαχτο νατιοναλ ιδεν− τι⇒χατιον χαρδ. Χερταινλψ, α ηεαλτη ινφορµατιον νετ− ωορκ ο⇑ερσ χλεαρ, εϖεν χοµπελλινγ, βεν− ε⇒τσ. Τηρουγη ιτ χλινιχιανσ χουλδ θυιχκ− λψ ρετριεϖε ινφορµατιον αβουτ πατιεντσ φροµ ανψωηερε ιν τηε χουντρψ. Ρεδυν− δαντ µεδιχαλ τεστσ χουλδ τηυσ βε αϖοιδ− εδ. Ηεαλτη χλαιµσ χουλδ βε σπεεδεδ. Χορρεχτεδ ινφορµατιον χουλδ σιµυλτανε− ουσλψ βε εντερεδ ιν µανψ ⇒λεσ δισπερσεδ τηρουγηουτ τηε νετωορκ. Επιδεµιολογ− ιχαλ στυδιεσ χουλδ βε περφορµεδ ραπιδλψ. Συχη ρεαδψ αχχεσσ αλσο µεανσ τηε ιν− φορµατιον χουλδ µορε εασιλψ βε αβυσεδ. Ωηετηερ αυτηοριζεδ ορ νοτ, τηε περυσερ οφ α δατα ⇒λε χουλδ δισχοϖερ δεταιλσ οφ α πατιεντ∏σ λιφε ηιστορψ τηατ γο ωελλ βεψονδ α λιστ οφ παστ ϖαχχινατιονσ. Τηε ρεχορδσ µιγητ ινχλυδε ινφορµατιον αβουτ γενετ− ιχ τεστινγ, σεξυαλ οριεντατιον, δρυγ υσε, σεξυαλλψ τρανσµιττεδ δισεασεσ, ⇒νανχεσ ανδ οτηερ περσοναλ δεταιλσ. Τηεσε δατα αρε ιµπορταντ βεχαυσε ηεαλτη χαρε ινφορµατιον χαν ιν⇓υενχε δεχισιονσ αβουτ α περσον∏σ αχχεσσ το χρεδιτ, αδµισσιον το εδυχατιοναλ ινστι− τυτιονσ ανδ ηισ ορ ηερ αβιλιτψ το σεχυρε εµπλοψµεντ ανδ οβταιν ινσυρανχε, σαιδ Παυλα ϑ. Βρυενινγ, αν Ο⇔χε οφ Τεχηνολογψ Ασσεσσµεντ πολιχψ αναλψστ, ΝΟΤ Α ΝΑΤΙΟΝΑΛ Ι∆ ΧΑΡ∆, σαψ Χλιντον αδµινιστρατιον ο⇔χιαλσ οφ τηε ηεαλτη χαρδ βρανδισηεδ βψ τηε πρεσιδεντ. Νεϖερτηελεσσ, σοµε πριϖαχψ αδϖοχατεσ ηαϖε δουβτσ. ατ α χονγρεσσιοναλ ηεαρινγ λαστ Νοϖεµ− βερ. Ιναχχυραχιεσ ιν τηε ινφορµατιον, ορ ιτσ ιµπροπερ δισχλοσυρε, Βρυενινγ χλαιµεδ, χαν δενψ αν ινδιϖιδυαλ αχχεσσ το τηεσε βασιχ νεχεσσιτιεσ οφ λιφε, ανδ χαν τηρεατεν τηειρ περσοναλ ανδ ⇒ναν− χιαλ ωελλ−βεινγ. Τηε Χλιντον αδµινιστρατιον ισ ωελλ αωαρε οφ τηε τηρεατ το πριϖαχψ τηατ εασψ αχχεσσ το µεδιχαλ ινφορµατιον ποσεσ. Α προϖισιον οφ τηε ηεαλτη προποσαλ∇Τιτλε ς οφ τηε Ηεαλτη Σεχυριτψ Αχτ∇σπεχι⇒εσ τηατ ελεχτρονιχ ρεχορδσ ωιλλ νοτ βε αϖαιλ− αβλε το εµπλοψερσ ορ το οτηερσ ωηο αρε νοτ διρεχτλψ ινϖολϖεδ ωιτη ηεαλτη χαρε. Φυρτηερµορε, δυρινγ τηε προγραµ∏σ εαρ− λψ δαψσ τηε σψστεµ ωουλδ ο⇑ερ αχχεσσ ονλψ το ινσυρανχε ινφορµατιον, νοτ πα− τιεντσ∏ χοµπλετε ηεαλτη ρεχορδσ. Λατερ, τηουγη, ατ λεαστ σοµε χλινιχαλ ανδ αδ− µινιστρατιϖε δατα ωουλδ βε αδδεδ. Τηε λαω αλσο ηασ τεετη: χιϖιλ πεναλτιεσ φορ υναππροϖεδ δισχλοσυρε οφ χον⇒δεντιαλ ινφορµατιον ανδ χριµιναλ σανχτιονσ φορ µισυσε οφ τηε ηεαλτη χαρδ ορ α πατιεντ ιδεντι⇒χατιον νυµβερ. Πριϖαχψ αδϖοχατεσ ηαϖε αππλαυδεδ τηε βροαδ ουτλινεσ οφ τηε Χλιντον πλαν. Ψετ ιν τηε νεξτ βρεατη, τηεψ ωορρψ αβουτ ωηατ ηασ βεεν λεφτ υνωριττεν. Σοµε προ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 τεχτιονσ ωουλδ βε ιν πλαχε ατ τηε τιµε εαχη περσον ρεχειϖεσ χοϖεραγε υνδερ τηε νεω λαω, περηαπσ δυρινγ 1996. Βυτ τηε Νατιοναλ Ηεαλτη Βοαρδ τηατ ωιλλ αδ− µινιστερ τηε πλαν ωουλδ νοτ τηεν ηαϖε το προδυχε ρεχοµµενδατιονσ φορ χοµ− πρεηενσιϖε λεγισλατιον χονχερνινγ ηεαλτη χαρε πριϖαχψ υντιλ 1997. Τηε Χλιντον Αχτ ισ α φραµεωορκ. Ιτ λεαϖεσ εϖερψτηινγ υπ το τηε Νατιοναλ Ηεαλτη Βοαρδ, σαψσ Αιµεε Βερενσον, λεγισλατιϖε χουνσελ φορ τηε ΑΙ∆Σ Αχτιον Χουνχιλ, αν οργανιζα− τιον τηατ ηασ ωορκεδ ον προτεχτινγ πρι− ϖαχψ οφ τηε µεδιχαλ ρεχορδσ οφ ΑΙ∆Σ πα− τιεντσ. Ανδ, Βρυενινγ αδδσ, Ιτ∏σ ιµπορ− ταντ το βυιλδ σαφεγυαρδσ ανδ σεχυριτψ ατ τηε βεγιννινγ. Ιτ∏σ µορε ε⇑εχτιϖε ανδ λεσσ χοστλψ. Ιφ α ρεϖαµπεδ ηεαλτη σψστεµ ρελιεσ ον τηε Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ το ιδεντιφψ εαχη πατιεντ, τηε ρισκ το περσοναλ πριϖα− χψ χουλδ βε γρεατλψ αµπλι⇒εδ. Το βε συρε, βροαδενινγ τηε υσεσ οφ τηεσε εξ− ιστινγ νυµβερσ ωουλδ φορεσταλλ τηε νεεδ το δεϖισε νεω περσοναλ ιδεντι⇒− χατιον χοδεσ. Βυτ αν ινδιϖιδυαλ∏σ Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ φαιλσ το µεετ τηε Χλιν− τον ηεαλτη πλαν∏σ γοαλ οφ γιϖινγ εϖερψ χιτιζεν α υνιθυε ανδ πριϖατε ιδεντι⇒ερ. Ινδεεδ, χριτιχσ αργυε, εµπλοψινγ τηε Copyright 1994 Scientific American, Inc. Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ ωουλδ µακε ιτ τηατ µυχη εασιερ το βυιλδ α χοµποσιτε προ⇒λε οφ ηοω α περσον λιϖεσ. Ηεαλτη ιν− φορµατιον χουλδ βε αδδεδ το οτηερ δατα µαδε αχχεσσιβλε ωιτη τηε Σοχιαλ Σεχυρι− τψ νυµβερ. Τηε νυµβερ αλρεαδψ ιδεντι− ⇒εσ ινδιϖιδυαλσ ιν τηε ρεχορδσ οφ µανψ ινστιτυτιονσ, ινχλυδινγ υτιλιτιεσ, χολλεχ− τιον αγενχιεσ, χρεδιτ−χαρδ ισσυερσ, στοχκ βροκεραγεσ ανδ τηε Ιντερναλ Ρεϖενυε Σερϖιχε. Ωηψ βυιλδ ωηατ σηουλδ βε α ταµπερ−ρεσισταντ σψστεµ ον α σψστεµ τηατ ισ βροκεν? χοµµεντσ ϑανλορι Γολδµαν, ηεαδ οφ τηε Αµεριχαν Χιϖιλ Λιβερτιεσ Υνιον∏σ Πριϖαχψ ανδ Τεχηνολο− γψ Προϕεχτ. Τηε ισσυε ισ νοτ ωηατ νυµβερ δο Ι υσε. Τηε ισσυε ισ ωηατ αρε τηε αλλοωαβλε λινκαγεσ βετωεεν δι⇑ερεντ δατα σετσ υσινγ τηατ νυµβερ? ρεπλιεσ ϑοαν Τυρ− εκ−Βρεζινα, ωηο χηαιρσ α ∆επαρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυµαν Σερϖιχεσ τασκ φορχε τηατ εξαµινεσ πριϖαχψ ισσυεσ συρ− ρουνδινγ ηεαλτη ρεχορδσ. Πεοπλε κνοω τηε Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ, ανδ ιτ ισ τηε χηεαπεστ ανδ φαστεστ ωαψ το ιµπλε− µεντ αλλ οφ τηισ. Τηε δεβατε ωιλλ βεχοµε µορε αχυτε ασ αδϖανχεσ ιν τεχηνολογψ φυρτηερ χοµ− πλιχατε τηε τραδε−ο⇑ βετωεεν πριϖαχψ ανδ ε⇔χιενχψ. Χλιντον αδµινιστρατιον ο⇔χιαλσ ηαϖε σαιδ τηεψ ωιλλ φοργο τηε αδδιτιοναλ εξπενσε οφ ⇒ττινγ εϖερψ Αµεριχαν∏σ ωαλλετ ωιτη α σµαρτ χαρδ, εθυιππεδ ωιτη αν ελεχτρονιχ µεµορψ ανδ µιχροπροχεσσορ, ορ οπτιχαλ στοραγε χαρδσ, ωηιχη ρεταιν λαργε αµουντσ οφ δατα ον α µεδιυµ σιµιλαρ το τηατ υσεδ φορ ρεχορδινγ µυσιχ ον χοµπαχτ δισχσ. Ιν τηε αδµινιστρατιον∏σ πλαν, α σιµπλε µαγνετιχ στριπε ον τηε βαχκ οφ εαχη χαρδ χαν βε σωιπεδ τηρουγη α χαρδ ρεαδερ. Τηε ηεαλτη ιδεντι⇒χατιον νυµ− βερ ενχοδεδ ον τηε χαρδ ωιλλ ϖαλιδατε ινσυρανχε χοϖεραγε. Τηατ δεχισιον ωιλλ αϖοιδ τηε ινεϖιταβλε δεβατε οϖερ τηε πριϖαχψ ιµπλιχατιονσ οφ στορινγ τηε εθυιϖαλεντ οφ ηυνδρεδσ οφ παγεσ οφ τεξτ ον α χρεδιτ−χαρδ−σιζε δεϖιχε. Ο⇔χιαλσ ηαϖε νοτ, ηοωεϖερ, ρυλεδ ουτ τηε σµαρτ χαρδ ασ φυτυρε ηεαλτη χαρε ρε− φορµσ αρε ιντροδυχεδ. Τηε προσπεχτ λεαδσ ∆αϖιδ Βανισαρ, α πολιχψ αναλψστ ατ Χοµπυτερ Προφεσσιοναλσ φορ Σοχιαλ Ρε− σπονσιβιλιτψ, το ωορρψ αβουτ ωηατ ηε χαλλσ φυνχτιον χρεεπ∇τηε τεµπτατιον το αδδ φεατυρεσ ονχε τηε νατιοναλ ηεαλτη νετωορκ ισ ιν πλαχε. Ιτ χουλδ σταρτ ο⇑ ασ α βενιγν ΑΤΜ χαρδ, Βανι− σαρ σαψσ. Ιφ ψου αδδ εξτρα φυνχτιονσ, ιτ χουλδ βε α ρεαλ προβλεµ. Φυνχτιονσ µαψ αλρεαδψ ηαϖε βεγυν το χρεεπ. Εντρεπρενευρσ ανδ ηεαλτη χαρε προϖιδερσ τηρουγηουτ Ευροπε ανδ εϖεν ιν τηε Υ.Σ. αρε σµαρτενινγ χαρδσ. Α Χαλ− ιφορνια ⇒ρµ, ΛασερΧαρδ Σψστεµσ, ρεχεντ− λψ δεµονστρατεδ το Χονγρεσσ α φουρ− µεγαβψτε χαρδ ωιτη αν οπτιχαλ µεµορψ τηατ λετσ 2,000 παγεσ οφ ενχρψπτεδ τεξτ ορ µυλτιπλε ιµαγεσ βε ωριττεν ον ιτ. Ιν Χαλιφορνια τηε Λοµα Λινδα Σχηοολ οφ Μεδιχινε ηασ υσεδ τηε χαρδ το στορε α πηοτογραπη ανδ αν ξ−ραψ οφ α πατιεντ ανδ τηε ϖοιχε οφ α πηψσιχιαν διχτατινγ διαγνοστιχ ινφορµατιον. Υλτιµατελψ, σοχιαλ ανδ εχονοµιχ πρεσ− συρε, τηε Αµεριχαν Χιϖιλ Λιβερτιεσ Υνιον χοντενδσ, µαψ προϖε µορε δαν− γερουσ τηαν ανψ λαπσε ιν α νεω τεχηνολ− ογψ. Τηε Χλιντον ηεαλτη βιλλ σετσ ουτ γενεραλ πρινχιπλεσ αβουτ πατιεντ ριγητσ το ινσπεχτ ανδ γυαρδ µεδιχαλ δατα. Βυτ µοστ πεοπλε ηαϖε λιττλε χηοιχε αβουτ ωηετηερ το λετ σοµεονε ελσε σεε α ρεχ− ορδ ιφ συχη περυσαλ ισ α χονδιτιον οφ ρε− χειϖινγ βενε⇒τσ ορ α ϕοβ. Το ρεµεδψ τηε προβλεµ, Γολδµαν ωουλδ λικε το σεε τηε εσταβλισηµεντ οφ ⇒ρε ωαλλσ∇ναρ− ροω δε⇒νιτιονσ οφ τηε ινφορµατιον τηατ ανψ χορπορατιον ορ ινστιτυτιον χαν ασκ αν ινδιϖιδυαλ το ρελεασε. Τηε βραϖε νεω ωορλδ οφ χοµπυτερ− ιζεδ µεδιχαλ δατα ηασ αλρεαδψ ινσπιρεδ α νυµβερ οφ λεγισλατιϖε ινιτιατιϖεσ. Χον− γρεσσ µαψ τρψ το βρινγ ορδερ το τηε ιν− χονσιστεντ µιξ οφ στατε λαωσ τηατ νοω γοϖερν αχχεσσ το µεδιχαλ ρεχορδσ. Ονε προβλεµ ισ τηατ µοστ οφ τηε στατε λεγισ− λατιον εναχτεδ το δατε ηασ φαιλεδ το δεαλ ωιτη αχχεσσ το ηεαλτη ρεχορδσ βψ πολιχε, τηε χουρτσ, τηε µεδια ανδ οτηερ σο− χαλλεδ σεχονδαρψ υσερσ. Τηε Φεδεραλ Πρι− ϖαχψ Αχτ, α 1974 λαω, περταινσ ονλψ το µεδιχαλ ινφορµατιον γατηερεδ βψ φεδερ− αλ αγενχιεσ∇α ςετερανσ Αδµινιστρατιον ηοσπιταλ, φορ εξαµπλε. Τοδαψ αχχεσσ το µεδιχαλ ρεχορδσ ϖαριεσ φροµ στατε το στατε. Ρεχορδσ ιν ονε στατε µαψ ο⇑ερ α ρεασοναβλε λεϖελ οφ προτεχτιον, βυτ ιφ ψου χαρρψ τηεµ αχροσσ τηε ριϖερ ψου λοσε τηε προτεχτιον, σαψσ Ροβερτ Μ. Γελλµαν, αν αιδε το Ρεπρεσεντατιϖε Γαρψ Χονδιτ οφ Χαλιφορνια, ωηο ηελδ ηεαρινγσ λαστ Νοϖεµβερ ον α βιλλ βεινγ ωριττεν το χοϖερ ηεαλτη χαρε πριϖαχψ. Τηε Χλιντον ηεαλτη προποσαλ χαλλσ φορ α 15−µεµβερ πριϖαχψ πανελ το αδϖισε τηε Νατιοναλ Ηεαλτη Βοαρδ. Αδϖοχαχψ γρουπσ ωαντ το βροαδεν τηε δεβατε το ινχλυδε µορε τηαν ϕυστ µεδιχαλ ρεχορδσ ανδ ηαϖε ωελχοµεδ α Πριϖαχψ Προτεχ− τιον Χοµµισσιον προποσεδ βψ Σενατορ Παυλ Σιµον οφ Ιλλινοισ. Οτηερ λεγισλατορσ αρε αλσο τηινκινγ αβουτ ωηατ α νατιοναλ ηεαλτη πλαν µεανσ φορ πριϖαχψ. Βεσιδεσ τηε βιλλ φροµ Χονδιτ, Σενατορ Χηριστο− πηερ Βονδ οφ Μισσουρι προποσεδ α λαω λαστ Σεπτεµβερ τηατ ωουλδ ρεγυλατε ελεχτρονιχ ηεαλτη χαρε ρεχορδσ. Πριϖαχψ φορ µεδιχαλ ρεχορδσ µαψ ⇒ναλ− λψ ηαϖε αχηιεϖεδ τηε νατιοναλ στανδινγ ιτ δεσερϖεσ. Α πολλ χονδυχτεδ λαστ ψεαρ βψ Λουισ Ηαρρισ & Ασσοχιατεσ φορ Εθυι− φαξ, α χρεδιτ ρεπορτινγ αγενχψ, ρεϖεαλεδ τηατ 85 περχεντ οφ Αµεριχανσ ατταχηεδ γρεατ ιµπορτανχε το προτεχτινγ µεδιχαλ ρεχορδσ υνδερ ηεαλτη χαρε ρεφορµ. Χον− ⇒δενχε ιν τηε Χλιντον πλαν µαψ ηινγε ον ασσυρινγ πεοπλε αβουτ τηε ιντεγριτψ οφ ωηατ ισ τολδ το α πηψσιχιαν ιν χον− ⇒δενχε. ∇Γαρψ Στιξ Εξτρα! Εξτρα! τηε συβσεχονδ µουσε χλιχκ χαν προϖιδε ρανδοµ αχχεσσ τηατ ισ ασ αχχεπταβλε ανδ χονϖενιεντ ασ α ωελλ−πλαχεδ τηυµβ βυρ− ροωινγ τοωαρδ λαστ νιγητ∏σ βοξ σχορεσ. Νο µαττερ. Τηε ελεχτρονιχ νεωσπαπερ ισ βαχκ. Πυβλισηερσ αρε ονχε αγαιν τακινγ α βαβψ στεπ τοωαρδ σενδινγ τηε πριντινγ πρεσσ τηε ωαψ οφ τηε Λινοτψπε ανδ τηε γρεεν εψεσηαδε. Αµονγ τηε βιγ ναµεσ ινϖολϖεδ ιν τηισ ρουνδ αρε ∆οω ϑονεσ, τηε Ωασηινγτον Ποστ Χοµπανψ, Κνιγητ− Ριδδερ ανδ τηε Τριβυνε Χοµπανψ. Ασ ωιτη πρεϖιουσ εξπεδιτιονσ ιντο ελεχτρονιχ πυβλισηινγ, τηε µαιν µοτιϖα− τορ ισ σηεερ τερρορ. Τρυε, ελεχτρονιχ ηοµε δελιϖερψ δοεσ νοτ ρεπλαχε τηε παπερβοψ. Ανδ σο φαρ νεωσπαπερσ ηαϖε ωεατηερεδ τηε αδϖεντ οφ ραδιο, τελεϖισιον ανδ τηε χαβλε χηαννελ ινφοµερχιαλ. Βυτ νοω τηε µεργερ φρενζψ ιν τηε τελεπηονε ανδ χα− βλε τελεϖισιον ινδυστρψ αυγυρσ τηε χρε− ατιον οφ τηε ⇒βερ−οπτιχ εθυιϖαλεντ οφ τηε Χηαννελ Τυννελ. Φυρτηερµορε, τηε εχονοµιχ ροοτσ οφ τηε τραδιτιοναλ νεωσ− παπερ αρε βεινγ σταρϖεδ βψ τηε δισαπ− πεαρανχε οφ τηε δοωντοων δεπαρτµεντ στορε ανδ τηε αρριϖαλ οφ διρεχτ−µαρκετ− ινγ ποωερηουσεσ τηατ ηαϖε ωηιττλεδ αωαψ ατ λυχρατιϖε αδϖερτισινγ ινσερτσ φροµ συπερµαρκετσ ανδ οτηερ στορεσ. Αν ιµπροϖεµεντ ιν αδϖερτισινγ εξπεν− διτυρεσ δυρινγ 1993 ηασ νοτ ρεµοϖεδ τηε αππρεηενσιον τηατ σεϖεραλ πρεϖιουσ ψεαρσ οφ δεχλινινγ ορ ⇓ατ σπενδινγ ηαϖε ινστιλλεδ. Χιρχυλατιον ηασ ωεακενεδ, τοο. Τηε δαιλψ νεωσπαπερ ρεαχηεδ ονλψ 63 περ− χεντ οφ ηουσεηολδσ ιν 1993, χοµπαρεδ Νεωσπαπερ πυβλισηερσ ρεινϖαδε χψβερσπαχε Τ ηερε ηασ νεϖερ βεεν α συχχεσσφυλ ελεχτρονιχ νεωσπαπερ. Νο ονε ηασ βεεν αβλε το δεϖισε αν ινφορµα− τιον−αγε συβστιτυτε φορ τηε Γυτενβεργ προδυχτ, τηατ χελλυλοσε χολλαγε οφ Ωαχο, Τεξ., Μιχηαελ ϑαχκσον ανδ Ωαλλ Στρεετ τηατ σερϖεσ ασ α σεµιοτιχ φοοτνοτε το ∆οννα Καραν, βυττερβαλλ τυρκεψσ ανδ εϖερψδαψ λοω πριχεσ. ∆εσπιτε τηε τηου− σανδσ οφ ηουρσ σπεντ χραφτινγ τηε σοφτ− ωαρε φορ γραπηιχαλ υσερ ιντερφαχεσ, πυλλ− δοων µενυσ ανδ κεψωορδ σεαρχηινγ, νο προγραµµινγ αϖαταρ ηασ προϖεδ τηατ 110 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ ωουλδ µακε ιτ τηατ µυχη εασιερ το βυιλδ α χοµποσιτε προ⇒λε οφ ηοω α περσον λιϖεσ. Ηεαλτη ιν− φορµατιον χουλδ βε αδδεδ το οτηερ δατα µαδε αχχεσσιβλε ωιτη τηε Σοχιαλ Σεχυρι− τψ νυµβερ. Τηε νυµβερ αλρεαδψ ιδεντι− ⇒εσ ινδιϖιδυαλσ ιν τηε ρεχορδσ οφ µανψ ινστιτυτιονσ, ινχλυδινγ υτιλιτιεσ, χολλεχ− τιον αγενχιεσ, χρεδιτ−χαρδ ισσυερσ, στοχκ βροκεραγεσ ανδ τηε Ιντερναλ Ρεϖενυε Σερϖιχε. Ωηψ βυιλδ ωηατ σηουλδ βε α ταµπερ−ρεσισταντ σψστεµ ον α σψστεµ τηατ ισ βροκεν? χοµµεντσ ϑανλορι Γολδµαν, ηεαδ οφ τηε Αµεριχαν Χιϖιλ Λιβερτιεσ Υνιον∏σ Πριϖαχψ ανδ Τεχηνολο− γψ Προϕεχτ. Τηε ισσυε ισ νοτ ωηατ νυµβερ δο Ι υσε. Τηε ισσυε ισ ωηατ αρε τηε αλλοωαβλε λινκαγεσ βετωεεν δι⇑ερεντ δατα σετσ υσινγ τηατ νυµβερ? ρεπλιεσ ϑοαν Τυρ− εκ−Βρεζινα, ωηο χηαιρσ α ∆επαρτµεντ οφ Ηεαλτη ανδ Ηυµαν Σερϖιχεσ τασκ φορχε τηατ εξαµινεσ πριϖαχψ ισσυεσ συρ− ρουνδινγ ηεαλτη ρεχορδσ. Πεοπλε κνοω τηε Σοχιαλ Σεχυριτψ νυµβερ, ανδ ιτ ισ τηε χηεαπεστ ανδ φαστεστ ωαψ το ιµπλε− µεντ αλλ οφ τηισ. Τηε δεβατε ωιλλ βεχοµε µορε αχυτε ασ αδϖανχεσ ιν τεχηνολογψ φυρτηερ χοµ− πλιχατε τηε τραδε−ο⇑ βετωεεν πριϖαχψ ανδ ε⇔χιενχψ. Χλιντον αδµινιστρατιον ο⇔χιαλσ ηαϖε σαιδ τηεψ ωιλλ φοργο τηε αδδιτιοναλ εξπενσε οφ ⇒ττινγ εϖερψ Αµεριχαν∏σ ωαλλετ ωιτη α σµαρτ χαρδ, εθυιππεδ ωιτη αν ελεχτρονιχ µεµορψ ανδ µιχροπροχεσσορ, ορ οπτιχαλ στοραγε χαρδσ, ωηιχη ρεταιν λαργε αµουντσ οφ δατα ον α µεδιυµ σιµιλαρ το τηατ υσεδ φορ ρεχορδινγ µυσιχ ον χοµπαχτ δισχσ. Ιν τηε αδµινιστρατιον∏σ πλαν, α σιµπλε µαγνετιχ στριπε ον τηε βαχκ οφ εαχη χαρδ χαν βε σωιπεδ τηρουγη α χαρδ ρεαδερ. Τηε ηεαλτη ιδεντι⇒χατιον νυµ− βερ ενχοδεδ ον τηε χαρδ ωιλλ ϖαλιδατε ινσυρανχε χοϖεραγε. Τηατ δεχισιον ωιλλ αϖοιδ τηε ινεϖιταβλε δεβατε οϖερ τηε πριϖαχψ ιµπλιχατιονσ οφ στορινγ τηε εθυιϖαλεντ οφ ηυνδρεδσ οφ παγεσ οφ τεξτ ον α χρεδιτ−χαρδ−σιζε δεϖιχε. Ο⇔χιαλσ ηαϖε νοτ, ηοωεϖερ, ρυλεδ ουτ τηε σµαρτ χαρδ ασ φυτυρε ηεαλτη χαρε ρε− φορµσ αρε ιντροδυχεδ. Τηε προσπεχτ λεαδσ ∆αϖιδ Βανισαρ, α πολιχψ αναλψστ ατ Χοµπυτερ Προφεσσιοναλσ φορ Σοχιαλ Ρε− σπονσιβιλιτψ, το ωορρψ αβουτ ωηατ ηε χαλλσ φυνχτιον χρεεπ∇τηε τεµπτατιον το αδδ φεατυρεσ ονχε τηε νατιοναλ ηεαλτη νετωορκ ισ ιν πλαχε. Ιτ χουλδ σταρτ ο⇑ ασ α βενιγν ΑΤΜ χαρδ, Βανι− σαρ σαψσ. Ιφ ψου αδδ εξτρα φυνχτιονσ, ιτ χουλδ βε α ρεαλ προβλεµ. Φυνχτιονσ µαψ αλρεαδψ ηαϖε βεγυν το χρεεπ. Εντρεπρενευρσ ανδ ηεαλτη χαρε προϖιδερσ τηρουγηουτ Ευροπε ανδ εϖεν ιν τηε Υ.Σ. αρε σµαρτενινγ χαρδσ. Α Χαλ− ιφορνια ⇒ρµ, ΛασερΧαρδ Σψστεµσ, ρεχεντ− λψ δεµονστρατεδ το Χονγρεσσ α φουρ− µεγαβψτε χαρδ ωιτη αν οπτιχαλ µεµορψ τηατ λετσ 2,000 παγεσ οφ ενχρψπτεδ τεξτ ορ µυλτιπλε ιµαγεσ βε ωριττεν ον ιτ. Ιν Χαλιφορνια τηε Λοµα Λινδα Σχηοολ οφ Μεδιχινε ηασ υσεδ τηε χαρδ το στορε α πηοτογραπη ανδ αν ξ−ραψ οφ α πατιεντ ανδ τηε ϖοιχε οφ α πηψσιχιαν διχτατινγ διαγνοστιχ ινφορµατιον. Υλτιµατελψ, σοχιαλ ανδ εχονοµιχ πρεσ− συρε, τηε Αµεριχαν Χιϖιλ Λιβερτιεσ Υνιον χοντενδσ, µαψ προϖε µορε δαν− γερουσ τηαν ανψ λαπσε ιν α νεω τεχηνολ− ογψ. Τηε Χλιντον ηεαλτη βιλλ σετσ ουτ γενεραλ πρινχιπλεσ αβουτ πατιεντ ριγητσ το ινσπεχτ ανδ γυαρδ µεδιχαλ δατα. Βυτ µοστ πεοπλε ηαϖε λιττλε χηοιχε αβουτ ωηετηερ το λετ σοµεονε ελσε σεε α ρεχ− ορδ ιφ συχη περυσαλ ισ α χονδιτιον οφ ρε− χειϖινγ βενε⇒τσ ορ α ϕοβ. Το ρεµεδψ τηε προβλεµ, Γολδµαν ωουλδ λικε το σεε τηε εσταβλισηµεντ οφ ⇒ρε ωαλλσ∇ναρ− ροω δε⇒νιτιονσ οφ τηε ινφορµατιον τηατ ανψ χορπορατιον ορ ινστιτυτιον χαν ασκ αν ινδιϖιδυαλ το ρελεασε. Τηε βραϖε νεω ωορλδ οφ χοµπυτερ− ιζεδ µεδιχαλ δατα ηασ αλρεαδψ ινσπιρεδ α νυµβερ οφ λεγισλατιϖε ινιτιατιϖεσ. Χον− γρεσσ µαψ τρψ το βρινγ ορδερ το τηε ιν− χονσιστεντ µιξ οφ στατε λαωσ τηατ νοω γοϖερν αχχεσσ το µεδιχαλ ρεχορδσ. Ονε προβλεµ ισ τηατ µοστ οφ τηε στατε λεγισ− λατιον εναχτεδ το δατε ηασ φαιλεδ το δεαλ ωιτη αχχεσσ το ηεαλτη ρεχορδσ βψ πολιχε, τηε χουρτσ, τηε µεδια ανδ οτηερ σο− χαλλεδ σεχονδαρψ υσερσ. Τηε Φεδεραλ Πρι− ϖαχψ Αχτ, α 1974 λαω, περταινσ ονλψ το µεδιχαλ ινφορµατιον γατηερεδ βψ φεδερ− αλ αγενχιεσ∇α ςετερανσ Αδµινιστρατιον ηοσπιταλ, φορ εξαµπλε. Τοδαψ αχχεσσ το µεδιχαλ ρεχορδσ ϖαριεσ φροµ στατε το στατε. Ρεχορδσ ιν ονε στατε µαψ ο⇑ερ α ρεασοναβλε λεϖελ οφ προτεχτιον, βυτ ιφ ψου χαρρψ τηεµ αχροσσ τηε ριϖερ ψου λοσε τηε προτεχτιον, σαψσ Ροβερτ Μ. Γελλµαν, αν αιδε το Ρεπρεσεντατιϖε Γαρψ Χονδιτ οφ Χαλιφορνια, ωηο ηελδ ηεαρινγσ λαστ Νοϖεµβερ ον α βιλλ βεινγ ωριττεν το χοϖερ ηεαλτη χαρε πριϖαχψ. Τηε Χλιντον ηεαλτη προποσαλ χαλλσ φορ α 15−µεµβερ πριϖαχψ πανελ το αδϖισε τηε Νατιοναλ Ηεαλτη Βοαρδ. Αδϖοχαχψ γρουπσ ωαντ το βροαδεν τηε δεβατε το ινχλυδε µορε τηαν ϕυστ µεδιχαλ ρεχορδσ ανδ ηαϖε ωελχοµεδ α Πριϖαχψ Προτεχ− τιον Χοµµισσιον προποσεδ βψ Σενατορ Παυλ Σιµον οφ Ιλλινοισ. Οτηερ λεγισλατορσ αρε αλσο τηινκινγ αβουτ ωηατ α νατιοναλ ηεαλτη πλαν µεανσ φορ πριϖαχψ. Βεσιδεσ τηε βιλλ φροµ Χονδιτ, Σενατορ Χηριστο− πηερ Βονδ οφ Μισσουρι προποσεδ α λαω λαστ Σεπτεµβερ τηατ ωουλδ ρεγυλατε ελεχτρονιχ ηεαλτη χαρε ρεχορδσ. Πριϖαχψ φορ µεδιχαλ ρεχορδσ µαψ ⇒ναλ− λψ ηαϖε αχηιεϖεδ τηε νατιοναλ στανδινγ ιτ δεσερϖεσ. Α πολλ χονδυχτεδ λαστ ψεαρ βψ Λουισ Ηαρρισ & Ασσοχιατεσ φορ Εθυι− φαξ, α χρεδιτ ρεπορτινγ αγενχψ, ρεϖεαλεδ τηατ 85 περχεντ οφ Αµεριχανσ ατταχηεδ γρεατ ιµπορτανχε το προτεχτινγ µεδιχαλ ρεχορδσ υνδερ ηεαλτη χαρε ρεφορµ. Χον− ⇒δενχε ιν τηε Χλιντον πλαν µαψ ηινγε ον ασσυρινγ πεοπλε αβουτ τηε ιντεγριτψ οφ ωηατ ισ τολδ το α πηψσιχιαν ιν χον− ⇒δενχε. ∇Γαρψ Στιξ Εξτρα! Εξτρα! τηε συβσεχονδ µουσε χλιχκ χαν προϖιδε ρανδοµ αχχεσσ τηατ ισ ασ αχχεπταβλε ανδ χονϖενιεντ ασ α ωελλ−πλαχεδ τηυµβ βυρ− ροωινγ τοωαρδ λαστ νιγητ∏σ βοξ σχορεσ. Νο µαττερ. Τηε ελεχτρονιχ νεωσπαπερ ισ βαχκ. Πυβλισηερσ αρε ονχε αγαιν τακινγ α βαβψ στεπ τοωαρδ σενδινγ τηε πριντινγ πρεσσ τηε ωαψ οφ τηε Λινοτψπε ανδ τηε γρεεν εψεσηαδε. Αµονγ τηε βιγ ναµεσ ινϖολϖεδ ιν τηισ ρουνδ αρε ∆οω ϑονεσ, τηε Ωασηινγτον Ποστ Χοµπανψ, Κνιγητ− Ριδδερ ανδ τηε Τριβυνε Χοµπανψ. Ασ ωιτη πρεϖιουσ εξπεδιτιονσ ιντο ελεχτρονιχ πυβλισηινγ, τηε µαιν µοτιϖα− τορ ισ σηεερ τερρορ. Τρυε, ελεχτρονιχ ηοµε δελιϖερψ δοεσ νοτ ρεπλαχε τηε παπερβοψ. Ανδ σο φαρ νεωσπαπερσ ηαϖε ωεατηερεδ τηε αδϖεντ οφ ραδιο, τελεϖισιον ανδ τηε χαβλε χηαννελ ινφοµερχιαλ. Βυτ νοω τηε µεργερ φρενζψ ιν τηε τελεπηονε ανδ χα− βλε τελεϖισιον ινδυστρψ αυγυρσ τηε χρε− ατιον οφ τηε ⇒βερ−οπτιχ εθυιϖαλεντ οφ τηε Χηαννελ Τυννελ. Φυρτηερµορε, τηε εχονοµιχ ροοτσ οφ τηε τραδιτιοναλ νεωσ− παπερ αρε βεινγ σταρϖεδ βψ τηε δισαπ− πεαρανχε οφ τηε δοωντοων δεπαρτµεντ στορε ανδ τηε αρριϖαλ οφ διρεχτ−µαρκετ− ινγ ποωερηουσεσ τηατ ηαϖε ωηιττλεδ αωαψ ατ λυχρατιϖε αδϖερτισινγ ινσερτσ φροµ συπερµαρκετσ ανδ οτηερ στορεσ. Αν ιµπροϖεµεντ ιν αδϖερτισινγ εξπεν− διτυρεσ δυρινγ 1993 ηασ νοτ ρεµοϖεδ τηε αππρεηενσιον τηατ σεϖεραλ πρεϖιουσ ψεαρσ οφ δεχλινινγ ορ ⇓ατ σπενδινγ ηαϖε ινστιλλεδ. Χιρχυλατιον ηασ ωεακενεδ, τοο. Τηε δαιλψ νεωσπαπερ ρεαχηεδ ονλψ 63 περ− χεντ οφ ηουσεηολδσ ιν 1993, χοµπαρεδ Νεωσπαπερ πυβλισηερσ ρεινϖαδε χψβερσπαχε Τ ηερε ηασ νεϖερ βεεν α συχχεσσφυλ ελεχτρονιχ νεωσπαπερ. Νο ονε ηασ βεεν αβλε το δεϖισε αν ινφορµα− τιον−αγε συβστιτυτε φορ τηε Γυτενβεργ προδυχτ, τηατ χελλυλοσε χολλαγε οφ Ωαχο, Τεξ., Μιχηαελ ϑαχκσον ανδ Ωαλλ Στρεετ τηατ σερϖεσ ασ α σεµιοτιχ φοοτνοτε το ∆οννα Καραν, βυττερβαλλ τυρκεψσ ανδ εϖερψδαψ λοω πριχεσ. ∆εσπιτε τηε τηου− σανδσ οφ ηουρσ σπεντ χραφτινγ τηε σοφτ− ωαρε φορ γραπηιχαλ υσερ ιντερφαχεσ, πυλλ− δοων µενυσ ανδ κεψωορδ σεαρχηινγ, νο προγραµµινγ αϖαταρ ηασ προϖεδ τηατ 110 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. βυτ ιτ∏σ βασιχαλλψ ϕυνκ. Σο πεοπλε ηαϖε βεγυν το στοπ βυψινγ ιτ. Χριχητον∏σ χορολλαρψ το τηισ αργυµεντ ισ τηατ αν ελεχτρονιχ νετωορκ λικε τηε Ιντερνετ ωιλλ φυρνιση ινφορµατιον ωιτηουτ ρεχουρσε το ωηατ ηε χονσιδερσ τηε συπερ⇒χιαλιτψ ανδ γλιβνεσσ οφ α Πετερ ϑεννινγσ ορ α Νεω Ψορκ Τιµεσ. Τηεσε διρεχτ χοννεχ− τιονσ, Χριχητον σαψσ, αλρεαδψ εξιστ : Χ− ΣΠΑΝ, φορ ονε, ωιτη ιτσ γαϖελ−το−γαϖελ χοϖεραγε οφ γοϖερνµεντ προχεεδινγσ. Ιτ ωασ αν ιντερεστινγ αρτιχλε, βυτ Ι τηινκ ηε∏σ χραζψ, σαψσ Μαρκ Ποττσ, ωηο διρεχτσ προδυχτ δεϖελοπµεντ φορ τηε Ωασηινγτον Ποστ∏σ ελεχτρονιχ µεδια εφ− φορτ. Εϖεν ωιτη αρτι⇒χιαλ−ιντελλιγενχε σοφτωαρε το σελεχτ ιτεµσ οφ περσοναλ ιν− τερεστ, πεοπλε δο νοτ ωιση το βεχοµε ρεσεαρχη λιβραριανσ. Τηισ φαχτ σηουλδ βροαδεν τηε ρολε οφ τηε νεωσ παχκαγερ. Α χονγρεσσιοναλ τρανσχριπτ ισ βορινγ ασ ηελλ, Ποττσ σαψσ. Ψου νεεδ σοµεβοδψ το διστιλλ ανδ χυτ τηρουγη τηε γαρβαγε. Ψετ τηε Ωασηινγτον Ποστ ηασ ρεχεντλψ δεµονστρατεδ ΠοστΧαρδ, ιτσ ιδεα οφ ηοω το βοξ ανδ ριββον−τιε ινφορµατιον φορ τηε Νεω Αγε ρεαδερ. Ιν τηε προτοτψπε, ωηιχη ρυνσ ον αν Αππλε χοµπυτερ, α ρεαδερ χαν χαλλ υπ α ϖιδεο χλιπ οφ Συ− πρεµε Χουρτ ϑυστιχε Ρυτη Γινσβυργ∏σ χον⇒ρµατιον ηεαρινγ, φολλοω αν ανιµα− τιον οφ ηοω τηε Μισσισσιππι ⇓οοδεδ βε− ψονδ ιτσ βανκσ, ⇒λε α λεττερ το τηε εδι− τορ, βυψ τιχκετσ το τηε Βαλτιµορε Ορι− ολεσ, σεαρχη τηε χλασσιφιεδσ βψ ϕοβ τιτλε, τραχκ α περσοναλ στοχκ πορτφολιο ορ χαλ− χυλατε ηοω α χηανγε ιν τηε ταξ χοδε µιγητ α⇑εχτ ονε∏σ περσοναλ ⇒νανχεσ. Α χοµµερχιαλ ϖερσιον οφ τηε σερϖιχε µαψ εϖεντυαλλψ βεχοµε αϖαιλαβλε οϖερ χαβλε τελεϖισιον ασ ωελλ. Βψ ϕυδιχιουσ υσε οφ ινφορµατιον τεχη− νολογψ, εϖεν τηε προδυχτ τηατ ρελιεσ ον χελλυλοσε χαν ηελπ οβταιν τηε ηιγηερ− θυαλιτψ ινφορµατιον φορ ωηιχη Χριχητον ψεαρνσ. Φρανκ ∆ανιελσ ΙΙΙ, τηε εξεχυτιϖε εδιτορ οφ τηε Νεωσ & Οβσερϖερ ιν Ρα− λειγη, Ν.Χ., ρεχεντλψ λιστεδ αν Ιντερνετ αδδρεσσ ϕυστ βελοω τηε διρεχτ ο⇔χε τελε− πηονε νυµβερ τηατ αππεαρσ υνδερ ηισ ναµε ον τηε µαστηεαδ οφ τηε παπερ. Ιτ ωασ ∆ανιελσ ωηο λοββιεδ τηε πυβλισηερ, ηισ τεχηνολογψ−αϖερσε φατηερ, φορ τηε ∃250,000−α−ψεαρ ινφυσιον ιντο τηε πα− περ∏σ ρεσεαρχη δεπαρτµεντ. Αγινγ σταχκσ οφ παπερ χλιππινγσ φροµ τηε νεωσπα− περ∏σ µοργυε ηαϖε βεεν συππλεµεντεδ βψ µορε τηαν 150 δατα βασεσ φορ υσε βψ ρεπορτερσ. Τηεψ ινχλυδε τηε Μονεψ Μαχηινε, νεαρλψ 70,000 ρεχορδσ οφ χαµ− παιγν χοντριβυτιονσ δατινγ βαχκ το 1987, στρεετ−βψ−στρεετ χενσυσ µαπσ, α λεγισλατιϖε τραχκινγ σψστεµ ανδ α ρε− µοτε 24−ηουρ χοννεχτιον το α σελεχτιον οφ στατε ανδ χουντψ ρεχορδσ. Σοµε οφ τηισ ινφορµατιον µιγητ εϖεντυαλλψ βε παχκαγεδ ανδ ρεσολδ το λοχαλ βυσινεσσ− εσ συχη ασ ρεαλ εστατε ανδ λαω ⇒ρµσ. Σο−χαλλεδ χοµπυτερ−ασσιστεδ ϕουρναλ− ισµ ηασ παιδ ο⇑ ιν προδυχινγ α µορε ινχισιϖε πιχτυρε οφ γοϖερνµεντ : πολιτι− χαλ απποιντεεσ ωηο τριεδ σνεακινγ ιντο λοωερ−προ⇒λε ϕοβσ ωηεν α νεω γοϖερ− νορ χαµε ιντο ο⇔χε ανδ α βαρτενδερ ον τηε στατε παψρολλ αρε τωο εξαµπλεσ. Τηε Νεωσ & Οβσερϖερ αλσο σεεσ ιτσ εξπανδεδ ρολε ασ αν ελεχτρονιχ γατε− κεεπερ φορ ιτσ ρεαδερσ. Τηισ ψεαρ ιτ ισ εσ− ταβλισηινγ α πυβλιχ αχχεσσ ποιντ φορ τηε Ιντερνετ, ανδ ιτ ισ αλσο βεγιννινγ το προϖιδε τηε νεωσπαπερ ον−λινε. Ωιλλ συχη εξπεριµεντσ οπεν τηε πατη οφ εϖολυτιον φορ τηε δαιλψ παπερ, ορ ωιλλ ιννοϖατιον συχχυµβ το τηε ιρον ρυλε οφ τηυµβ? Ωατχη τηισ σπαχε φορ φυρτηερ δεϖελοπµεντσ. ∇Γαρψ Στιξ JOHN MCGRAIL ωιτη 98 περχεντ ιν 1970. Τωεντψ ψεαρσ βεφορε τηατ, 124 περχεντ οφ Υ.Σ. ηουσε− ηολδσ τοοκ α δαιλψ νεωσπαπερ, α φεατ αχ− χοµπλισηεδ βψ βυψινγ βοτη α µορνινγ ανδ αφτερνοον πυβλιχατιον. Νεωσπαπερ εξεχυτιϖεσ µαψ νοτ βε συρε ωηατ το δο, βυτ τηεψ κνοω τηεψ χαν∏τ ϕυστ στανδ τηερε λικε τηε προϖερβιαλ δεερ ιν τηε ηεαδλιγητσ. Ανοτηερ ρεασον πυβλισηερσ αρε λοοκινγ ατ τηε ον−λινε αππροαχη αγαιν ισ τηατ τηε χοστ οφ συχη ϖεντυρεσ ισ µυχη λεσσ τηαν ιτ ωασ 10 ψεαρσ αγο. Ατ τηατ τιµε, Κνιγητ−Ριδδερ σπεντ ∃50 µιλλιον βεφορε ιτ τυρνεδ ο⇑ τηε µοδεµσ ον ιτσ ςιεωτρον ϖιδεοτεξτ εξπεριµεντ. Ιν φαχτ, α Κνιγητ−Ριδδερ νεωσπαπερ, τηε Σαν ϑοσε Μερχυρψ Νεωσ, µαψ ηαϖε βεχοµε α ρολε µοδελ φορ τηε χυρρεντ ρεϖιϖαλ. Λαυνχηεδ λαστ Μαψ, τηε σερϖιχε εµπλοψσ τηε δελιϖερψ ϖεηιχλε οφ α χοµµερχιαλ ελεχτρονιχ ινφορµατιον σερϖιχε, Αµεριχα Ονλινε. Τηρουγη τηε χαρριερ, Μερχυρψ Χεντερ, ασ ιτ ισ χαλλεδ, προϖιδεσ ελεχτρονιχ τεξτ οφ χυρρεντ ανδ βαχκ ισσυεσ οφ τηε νεωσ− παπερ ανδ α βυλλετιν βοαρδ, ορ ελεχτρον− ιχ φορυµ, τηατ εναβλεσ ρεαδερσ το ταλκ βαχκ το τηε παπερ ορ ωιτη ονε ανοτηερ. Μερχυρψ Χεντερ αλσο συππλιεσ ινφορµα− τιον τηατ χαννοτ βε φουνδ ιν τηε πριντ− εδ παπερ ϖερσιον∇α πρεσιδεντιαλ σπεεχη ορ α χουρτ δοχυµεντ, φορ εξαµπλε. Ωιτη τηε ηιγηεστ περ χαπιτα δενσιτψ οφ τεχηνοπηιλεσ ανψωηερε, Σιλιχον ςαλ− λεψ ισ προβαβλψ α γοοδ πλαχε φορ Κνιγητ− Ριδδερ το βεγιν αγαιν ιν εαρνεστ. Νεωσ− παπερ εδιτορσ, τηουγη, ηαϖε τρουβλε κεεπινγ τηεµσελϖεσ φροµ σεεινγ βοτη σιδεσ οφ τηε στορψ. Ιτ τακεσ λονγερ, ιτ∏σ σλοωερ ανδ ιτ∏σ ϖισυαλλψ υνεξχιτινγ; αν ελεχτρονιχ νεωσπαπερ ισ νοτ ασ γοοδ ασ τηε πριντεδ προδυχτ ψετ, σαψσ Ροβερτ ∆. Ινγλε, τηε νεωσπαπερ∏σ εδιτορ. Ινγλε αδδσ: Ειγητψ−⇒ϖε περχεντ οφ τηε υσερσ αρε µεν. Μανψ οφ τηεµ αρε νερδσ. Σοµε οφ τηοσε νερδσ ηαϖε προβλεµσ ωιτη τηε µαινστρεαµ µεδια, τηουγη. Ιν αν αρτιχλε ιν τηε νεω µοντηλψ Ωιρεδ, α χηρονιχλε οφ χψβερσπαχε, Μιχηαελ Χριχη− τον, τηε αυτηορ οφ ϑυρασσιχ Παρκ, λοββεδ τηε επιτηετ δινοσαυρ ατ εσταβλισηµεντ βυλωαρκσ συχη ασ τηε Νεω Ψορκ Τιµεσ. Τηε πιεχε ωασ αδαπτεδ φροµ α σπεεχη τηατ Χριχητον δελιϖερεδ ατ τηε Νατιοναλ Πρεσσ Χλυβ λαστ ψεαρ. Ιν ιτ Χριχητον ραιλσ: Ανδ αλονγ ωιτη µανψ οτηερ Αµεριχαν ινδυστριεσ, τηε Αµεριχαν µεδια προ− δυχε α προδυχτ οφ ϖερψ ποορ θυαλιτψ. Ιτσ ινφορµατιον ισ νοτ ρελιαβλε, ιτ ηασ τοο µυχη χηροµε ανδ γλιτζ, ιτσ δοορσ ραττλε, ιτ βρεακσ δοων αλµοστ ιµµεδιατελψ, ανδ ιτ∏σ σολδ ωιτηουτ ωαρραντψ. Ιτ∏σ ⇓ασηψ ΠΟΣΤΧΑΡ∆, τηε Ωασηινγτον Ποστ∏σ προ− τοτψπε οφ αν ελεχτρονιχ νεωσπαπερ, ισ ινσπεχτεδ βψ διγιταλ−µεδια δεϖελοπερ Μαρκ Ποττσ. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 111 GENERAL MAGIC ΗΑΝ∆ΗΕΛ∆ ΧΟΜΠΥΤΕΡΣ νεεδ φριενδλιερ σοφτωαρε το βρινγ χψβερσπαχε δοων το εαρτη. Γενεραλ Μαγιχ∏σ υσερ ιντερφαχε γιϖεσ αππλιχατιονσ α µορε µυνδανε λοοκ. Ηεαδσ ιν τηε Χλουδ Χαν προγραµµερσ εντιχε χονσυµερσ ιντο τηε νετ? Τ ο τηε ενγινεερσ ωηο δεσιγν διγι− ταλ συπερηιγηωαψσ, τηε σψµβολ οφ α χλουδ ρεπρεσεντσ φαρ−⇓υνγ, ιν− τερχοννεχτεδ νετωορκσ συχη ασ τηε Ιν− τερνετ. Ιν µανψ ωαψσ, τηε µεταπηορ ισ αν απτ ονε: γλοβαλ νετωορκσ αρε γατη− ερινγ βεηινδ αν εµεργινγ φροντ τηατ προµισεσ το λιβερατε υσ φροµ τηε τψραν− νψ οφ ινφορµατιον ψετ τηρεατενσ το ιν− υνδατε υσ ωιτη ιτ. Ασ εντερταινµεντ, ελεχτρονιχσ, χοµπυτερ ανδ τελεχοµµυ− νιχατιονσ χοµπανιεσ ραχε το χρεατε ανδ τηεν δοµινατε τηισ νεω µεδιυµ φορ σηαρινγ ανδ σελλινγ ινφορµατιον, τηεψ γροπε φορ τηε δεϖιχεσ ανδ υσεσ τηατ ωιλλ δραω χυστοµερσ ιντο τηειρ χλουδσ. Μεανωηιλε, βαχκ ον εαρτη, σοφτωαρε ωριτερσ ανδ χονφεχτορσ οφ ελεχτρονιχ γιζµοσ αρε βυσιλψ αττεµπτινγ το µακε τηε δρεαµ χοµε τρυε. Τηεψ ηαϖε ινϖεντ− εδ α βεωιλδερινγ αρραψ οφ γαδγετσ ανδ προγραµσ το ρολλ ιντο µαρκετ τηισ ψεαρ ανδ νεξτ. Αππλε∏σ Νεωτον ανδ ΑΤ&Τ/ ΕΟ∏σ Περσοναλ Χοµµυνιχατορ, ρελεασεδ λαστ ψεαρ, ωερε µερελψ ⇒ρστ δραφτσ. ΙΒΜ, Μιτσυβισηι ανδ ΒελλΣουτη αρε ρεαδψινγ φορ σπρινγ ρελεασε α ονε−πουνδ χελλυλαρ πηονε/φαξ/µοδεµ ωιτη α χοµπυτερ ιν ιτσ ηανδλε. Μοτορολα ηοπεσ το δεβυτ τηισ θυαρτερ τηε ⇒ρστ οφ α πλαννεδ φαµι− λψ οφ παλµ−τοπ χοµπυτερσ ωιτη βυιλτ−ιν ωιρελεσσ φαξ, παγερ ανδ ελεχτρονιχ µαιλ χαπαβιλιτψ. Σονψ, Πηιλιπσ ανδ Ματσυσηιτα ωιλλ φολλοω ωιτη σιµιλαρ δεϖιχεσ. Ηανδηελδ χοµµυνιχατορσ αρε βυτ 112 ονε εντιχεµεντ. Χοµινγ σοον το α τελε− ϖισιον νεαρ ψου αρε α ραφτ οφ νεω χοµ− πυτερ−βασεδ εντερταινµεντ ανδ ινφορ− µατιον σερϖιχεσ τηατ ωιλλ ⇓οω τηρουγη τηε χαβλε ανδ τελεπηονε λινεσ τηατ αλ− ρεαδψ πενετρατε µοστ Αµεριχαν ηοµεσ. Συχη ιντεραχτιϖε Τς χουλδ βε α βοναν− ζα φορ Σχιεντι⇒χ Ατλαντα ανδ φορ Γενερ− αλ Ινστρυµεντσ. Τηεψ ηαϖε χοντραχτσ το µακε δεχοδερ βοξεσ τηατ χαν σενδ ϖιεωερ χοµµανδσ βαχκ υπστρεαµ. Ινιτιαλλψ, ιντεραχτιϖε Τς σερϖιχεσ ωιλλ τρψ το χοµπετε ιν εσταβλισηεδ µαρκετσ το µεετ προϖεδ δεµανδ. Τς Γυιδε ανδ Τελε−Χοµµυνιχατιονσ, Ινχ. ( ΤΧΙ ), αρε πρεπαρινγ το λαυνχη αν ονσχρεεν ϖερ− σιον οφ τηε µαγαζινε σεντ ωεεκλψ το 40 µιλλιον ηοµεσ. Ασιδε φροµ προϖιδινγ αλλ τηε στανδαρδ φεατυρεσ οφ τηε πριντεδ γυιδε (εξχεπτ τηε αδϖερτισινγ), Τς Γυιδε Ον Σχρεεν ωιλλ αλλοω παρεντσ το αυτο− µατιχαλλψ λοχκ ουτ σηοωσ βασεδ ον τηειρ ρατινγ φορ ϖιολενχε, λανγυαγε ορ νυδιτψ. ςοψευριστιχ χουχη ποτατοεσ χαν υσε τηε σψστεµ το λοχκ τηε σηοωσ ιν. Σεϖεραλ οτηερ ιντεραχτιϖε τελεϖισιον σψστεµσ ωιλλ προϖιδε µοϖιεσ ον δε− µανδ ιν τηε ηοπε οφ πλυγγινγ ιντο τηε ∃12−βιλλιον ϖιδεο ρενταλ µαρκετ. Νοτ αλλ ωιλλ υσε χαβλε ασ α πιπελινε. Βελλ Ατλαν− τιχ ισ σχαλινγ υπ ιτσ ΣταρΓαζερ σψστεµ φορ α ⇒ελδ τριαλ τηισ σπρινγ. ΣταρΓαζερ υσεσ σπεχιαλ τρανσµισσιον εθυιπµεντ ανδ σοπηιστιχατεδ ϖιδεο χοµπρεσσιον τεχηνιθυεσ το στορε διγιτιζεδ µοϖιεσ ανδ µαιλ−ορδερ χαταλογυεσ ον χοµπυτερ σερϖερσ ανδ πυµπ τηεµ τηρουγη ορδι− ναρψ τελεπηονε λινεσ ιντο ηοµεσ. Προγραµ γυιδεσ, ρενταλ µοϖιεσ ανδ σηοππινγ χηαννελσ αρε ϕυστ τηε ⇒ρστ στεπσ ιν α στρατεγψ το ηοιστ α νεω ινδυσ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 τρψ βψ ιτσ βοοτστραπσ. Μοστ νεω µεδια σταρτ ο⇑ ρεχαπιτυλατινγ τηε ολδ µεδια, οβσερϖεσ Νατηαν Π. Μψηρϖολδ, σενιορ ϖιχε πρεσιδεντ φορ αδϖανχεδ τεχηνολογψ ατ Μιχροσοφτ (ωηιχη ηασ ιτσ οων ιντεραχ− τιϖε τελεϖισιον σοφτωαρε). Λατερ ον τηεψ σταρτ δοινγ τηε ρεαλλψ χοολ στυ⇑. Μψηρϖολδ∏σ ωισδοµ ισ ασ χονϖεντιον− αλ ασ ιτ ισ τρυε. Τηε χοµπετιτορ ωηο εσ− ταβλισηεσ τηε δοµιναντ τεχηνολογψ ωινσ. Βελλ Ατλαντιχ, Τς Γυιδε, Τιµε Ωαρνερ ανδ εϖερψ οτηερ χοντενδερ τηυσ σεεκ το βυιλδ τηε πιερ ατ ωηιχη τηε ασ−ψετ−υν− βυιλτ ⇓εετσ οφ ϖιδεο ινφορµατιον ανδ εντερταινµεντ σερϖιχεσ ωιλλ χοµε το δοχκ. Βελλ Ατλαντιχ δεσιγνεδ ΣταρΓαζερ φροµ τηε βεγιννινγ το βε οπεν το νεω σερϖιχεσ. Ασ α χοµµον χαρριερ, ιτ µυστ ο⇑ερ ϖιδεο διαλ τονε σερϖιχε το ανψ χοµπανψ τηατ ασκσ φορ ιτ. Ωηεν τηε σψσ− τεµ ισ χοµπλετεδ∇προβαβλψ νοτ υντιλ 1996∇χυστοµερσ ωιλλ βε αβλε το στεερ τηειρ τελεϖισιον σετσ τηρουγη α ϖιρτυαλ σηοππινγ µαλλ. Ψου µιγητ γο ιντο τηε ΕχηοΤς στορε το γετ τηε σιξ ο∏χλοχκ νεωσ τηατ ψου ηαππενεδ το µισσ ορ ιντο τηε ΜΓΜ στορε το σελεχτ ανψ ΜΓΜ µοϖιε, µυσεσ σποκεσπερσον Μισσψ ΜχΤαµνψ. Ασ µυχη ασ ωε χονσυµε µεδια, ωε σπενδ µορε τιµε χοµµυνιχατινγ, Μψηρϖολδ ρεµαρκσ, ποιντινγ το ανοτη− ερ χαρροτ ωιτη ωηιχη τηε ινδυστρψ ωιλλ εντιχε χονσυµερσ ιντο τηε νετ. Μοτορο− λα ηασ αλρεαδψ ριδδεν το ρεχορδ προ⇒τσ τηε φουρφολδ ινχρεασε ιν παγερ τρανσ− µισσιονσ ανδ 20−φολδ γροωτη ιν χελλυλαρ συβσχριβερσ σινχε 1985. Τηισ δεσπιτε α γενεραλ σλοωδοων ιν χονσυµερ ελεχ− τρονιχσ σαλεσ τηατ ισ εστιµατεδ το ηαϖε χυτ τηε προ⇒τσ οφ Σονψ, Σηαρπ ανδ Το− σηιβα βψ 8 το 30 περχεντ λαστ ψεαρ. Το χοµπυτερ εξεχυτιϖεσ, ωηο φαχε χοµµοδιτιζατιον οφ τηειρ οων ινδυστρψ, τηε πατη ισ χλεαρ: προδυχε ηανδηελδ, χοµπυτεριζεδ χοµµυνιχατιονσ δεϖιχεσ ανδ σοφτωαρε τηατ αχτυαλλψ µακεσ τηεµ υσεφυλ. Αππλε∏σ Νεωτον, δεσιγνεδ ασ α διγιταλ ασσισταντ, µετ ωιτη χηιλλψ ρε− ϖιεωσ ιν τηε τραδε πρεσσ, ωηιχη χριτι− χιζεδ ιτ φορ νοτ φοχυσινγ ενουγη ον χοµµυνιχατιονσ. Ωηιλε Αππλε ρεχουπσ, τωο οτηερ ϖισιονσ∇τηατ οφ τηε γιαντ Μι− χροσοφτ ανδ τηατ οφ τηε τινψ Σιλιχον ςαλ− λεψ σταρτ−υπ Γενεραλ Μαγιχ∇ωιλλ προβα− βλψ ρισε ασ τοπ χοντενδερσ ιν ωηατ ισ συρε το βε α µεσσψ στρυγγλε. Αλµοστ εϖερψονε ιν τηε ινδυστρψ αγρεεσ τηατ ιφ ηανδηελδ δεϖιχεσ αρε εϖερ το χαπτυρε τηε ιντερεστ ανδ δολλαρσ οφ τηε µασσ µαρκετ, τηεψ µυστ βε συβ− σταντιαλλψ εασιερ το υσε τηαν δεσκτοπ χοµπυτερσ. Αλµοστ εϖερψονε βυτ Μψηρ− ϖολδ. Ωε∏ϖε βεχοµε ινυρεδ το τηε φαχτ τηατ ινχρεδιβλψ ποπυλαρ χονσυµερ δε− ϖιχεσ αρε ϖερψ ηαρδ το υσε, ηε σαψσ. Χονσιδερ α µοϖιε. Ψου ηαϖε το στανδ ιν λινε, ιτ σταρτσ ωιτη ορ ωιτηουτ ψου, ανδ ιτ∏σ εξπενσιϖε. Ωε γο το µοϖιεσ βε− Copyright 1994 Scientific American, Inc. χαυσε τηεψ µακε υσ λαυγη ορ χρψ, νοτ βεχαυσε τηεψ αρε χονϖενιεντ. Τηε τριχκ ισ το µακε τηε ρατιο οφ ηοω χοµπελλινγ σοµετηινγ ισ το ηοω ηαρδ ιτ ισ το υσε γρεατερ τηαν ονε. Μιχροσοφτ∏σ ιδεα οφ χοµπελλινγ σταρτσ ιν τηε ωορκπλαχε, σο τηε χοµπανψ χαλλσ ιτσ νεω πλατφορµ Μιχροσοφτ Ατ Ωορκ. Ωε τηουγητ τηε βεστ τηινγ ισ το πυτ ουρ σοφτωαρε ιντο φαξ µαχηινεσ ανδ χοπιερσ ανδ τελεπηονεσ∇αλλ ιν α ωαψ τηατ ιντε− γρατεσ συπερ−ωελλ ωιτη ψουρ δεσκτοπ ΠΧ, Μψηρϖολδ εξπλαινσ. Ατ Ωορκ αλσο λιεσ ατ τηε ηεαρτ οφ ΩινΠαδ, τηε οπερατινγ σψσ− τεµ Μιχροσοφτ ισ δεσιγνινγ το ρυν ον δεϖιχεσ βυιλτ βψ Χοµπαθ ανδ Μοτορολα. Γενεραλ Μαγιχ ωουλδ λικε συχη εϖολυ− τιον το λοοκ µορε λικε α ρεϖολυτιον. Ιτ ηασ δεχιδεδ το γο στραιγητ το τηε χον− συµερ. Ωιτηουτ βενε⇒τ οφ Μιχροσοφτ∏σ ινχυµβενχψ ορ Γολιατη προπορτιονσ, Γενεραλ Μαγιχ µαψ σεεµ αν υνλικελψ ∆αϖιδ. Βυτ α γανγ οφ βιγ βροτηερσ∇Απ− πλε, ΑΤ&Τ, Ματσυσηιτα, Μοτορολα, Πηιλ− ιπσ ανδ Σονψ∇ηασ ινϖεστεδ ιν τηε χοµ− πανψ ανδ λιχενσεδ ιτσ τεχηνολογψ. Ωε τηινκ οφ ουρσελϖεσ ασ α κειρετσυ, σαψσ Μαρχ Πορατ, Γενεραλ Μαγιχ∏σ χηιεφ εξεχ− υτιϖε ο⇔χερ ανδ χηαιρµαν. Γενεραλ Μαγιχ ηοπεσ ιτ χαν σεδυχε χονσυµερσ ασ ωελλ ασ γαδγετεερσ βψ µακινγ ιτσ Μαγιχ Χαπ οπερατινγ σψστεµ µορε αδεπτ ατ χοµµυνιχατιονσ ανδ µυχη φριενδλιερ τηαν τηε προδυχτ∏σ χοµπετιτορσ. Αβστραχτιον ισ τηε ενεµψ, σαψσ Ανδψ Ηερτζφελδ, ωηοσε ο⇔χιαλ τι− τλε ατ Γενεραλ Μαγιχ ισ Σοφτωαρε Ωιζαρδ. Μαγιχ Χαπ γοεσ φυρτηερ δοων τηε ροαδ οφ µακινγ χοµπυτινγ τανγιβλε. Ωηερεασ ον α Μαχιντοση, σαψ, φολδερσ λιε ον α πλανε χαλλεδ τηε δεσκτοπ ανδ οπεν το ρεϖεαλ α ωινδοω χονταινινγ ⇒λεσ∇βαδλψ µιξεδ µεταπηορσ∇Μαγιχ Χαπ τριεσ το εµυλατε ωηερεϖερ ποσσιβλε τηε ωαψ τηινγσ λοοκ ανδ ωορκ ιν τηε ρεαλ ωορλδ. Τηε δεσκτοπ λοοκσ λικε α δεσκ, ον ωηιχη σιτ α τελεπηονε, α ρολο− δεξ, α νοτεπαδ ανδ οτηερ ιτεµσ τηατ δο ϕυστ ωηατ ψου ωουλδ εξπεχτ τηεµ το. Αωαψ φροµ τηε δεσκ ονε χαν ωανδερ αρουνδ α χορριδορ, οπενινγ δοορσ το οτηερ αππλιχατιονσ. Ορ λεαϖε τηε βυιλδ− ινγ αλτογετηερ ανδ ωαλκ δοων α στρεετ ον ωηιχη σιτ ϖαριουσ βυιλδινγσ, εαχη ρεπρεσεντινγ αν ινφορµατιον σερϖιχε. Μακινγ ελεχτρονιχ µαιλ µορε λικε τηε ρεαλ τηινγ ποσεσ α λαργερ χηαλλενγε. Το µοστ οφ τηε ωορλδ, ε−µαιλ µεανσ τεξτ∇ ανδ νοτηινγ ελσε. Σο Γενεραλ Μαγιχ ηυµβλψ πλανσ το χηανγε τηε ωορλδ. Ιτ ηασ δεϖελοπεδ αν ιντερπρετεδ προγραµ− µινγ λανγυαγε, χαλλεδ Τελεσχριπτ, τηατ αλλοωσ α µεσσαγε το ινχλυδε ιµαγεσ, σουνδσ ανδ εϖεν ινστρυχτιονσ ασ το ηοω ιτ σηουλδ βεηαϖε. Α µεσσαγε χουλδ σχηεδυλε αν αιρλινε ⇓ιγητ, φορ ινστανχε, ανδ τηεν µονιτορ τηε ⇓ιγητ ανδ νοτιφψ ψου οφ ανψ χηανγεσ. Μαγιχ Χαπ ηασ Copyright 1994 Scientific American, Inc. Τελεσχριπτ βυιλτ ιν, ανδ αλλ Μαγιχ Χαπ δεϖιχεσ (τηε ⇒ρστ οφ ωηιχη ισ τηε Μο− τορολα προδυχτ) ωιλλ χοµε βυνδλεδ ωιτη ΑΤ&Τ∏σ ΜαγιχΜαιλ. Βυτ τηατ ισ, σο φαρ, τηε ονλψ νετωορκ τηατ ηασ λιχενσεδ Τελε− σχριπτ, αλτηουγη Πορατ προµισεσ τηατ ωε ωιλλ λιχενσε Τελεσχριπτ το ανψονε, εϖεν Μαγιχ Χαπ∏σ χοµπετιτορσ. Τηε χοµπετιτορσ µαψ ηαϖε οτηερ ιδεασ. Τηε νοτιον τηατ τηειρ προγραµ− µινγ λανγυαγε ανδ τηε λιµιτεδ φεατυρεσ ιτ ηασ ωιλλ βε τηε ονλψ ωαψ το δο τηινγσ Πιπε ∆ρεαµ Α χονσορτιυµ πονδερσ ρεµακινγ τηε αυτοµοβιλε Τ ηε Ωηιτε Ηουσε ηασ χαλλεδ φορ α τρανσφορµατιον οφ τηε µαχηινε τηατ επιτοµιζεσ τηε Αµεριχαν δρεαµ∇ανδ αλσο χονσυµεσ βιλλιονσ οφ γαλλονσ οφ γασολινε ωηιλε σπεωινγ α µιξ οφ πολλυταντσ τηατ γενερατεσ υπ το ηαλφ τηε οζονε τηατ ενγυλφσ µαϕορ χιτιεσ. Τηισ γοϖερνµεντ χολλαβορατιον ωιτη τηε αυτοµοβιλε ινδυστρψ, ρεφερρεδ το ινφορµαλλψ ασ τηε χλεαν−χαρ ινιτιατιϖε, ωουλδ χοµε υπ ωιτη α ϖεηιχλε ηαϖινγ τηρεε τιµεσ βεττερ φυελ ε⇔χιενχψ. Ιτ ωιλλ αλσο φοχυσ ον νονπολλυτινγ συβστιτυτεσ ορ ιµπροϖεµεντσ φορ τηε ιντερναλ−χοµ− βυστιον ενγινε, αδϖανχεδ µατεριαλσ, ασ ωελλ ασ βεττερ µανυφαχτυρινγ µετηοδσ ανδ τεχηνολογιεσ τηατ ενηανχε αυτοµο− βιλε σαφετψ. Τηε ροστερ οφ γοϖερνµεντ παρτιχιπαντσ ινχλυδεσ τηε δεπαρτµεντσ οφ ενεργψ, δεφενσε, χοµµερχε ανδ τρανσπορτατιον, τηε Ενϖιρονµενταλ Προ− τεχτιον Αγενχψ, τηε Νατιοναλ Αεροναυ− τιχσ ανδ Σπαχε Αδµινιστρατιον ανδ τηε Νατιοναλ Σχιενχε Φουνδατιον. Τηεψ αρε ϕοινεδ βψ τηε Βιγ Τηρεε αυτοµακερσ. Ωιλλ ιτ ⇓ψ∇ορ ρολλ? Νο, σαψσ Ρογερ Γ. Νολλ, α προφεσσορ οφ εχονοµιχσ ατ Σταν− φορδ Υνιϖερσιτψ ανδ χο−αυτηορ οφ α βοοκ ον γοϖερνµεντ−συππορτεδ ρεσεαρχη ανδ δεϖελοπµεντ, Τηε Τεχηνολογψ Πορκ Βαρ− ρελ. Ηε µαινταινσ τηατ τηε χονσορτιυµ ηασ τηε ηαλλµαρκσ οφ µανψ λαργε−σχαλε χοµµερχιαλ ρεσεαρχη ανδ δεϖελοπµεντ προϕεχτσ τηατ ηαϖε φαλλεν σηορτ οφ τηειρ οριγιναλ γοαλσ. Τηε χλεαν−χαρ χονσορ− τιυµ στρικεσ µε ασ ⇒ττινγ ριγητ ιντο τηε µολδ, Νολλ σαψσ. Ιτ∏σ γοτ τωο φυνδα− µενταλ ⇓αωσ: ιτ ελιµινατεσ τηε ποσσιβιλ− ιτψ οφ πεοπλε χοµπετινγ αγαινστ ονε αν− οτηερ φορ ωηατ χουλδ βε τηε εµεργινγ µαρκετ οφ τηε 21στ χεντυρψ, ανδ ιφ ιτ τυρνσ ουτ ιτ δοεσν∏τ ωορκ, ιτ ωιλλ βε ϖερψ δι⇔χυλτ το κιλλ τηε προγραµ. Τηε Ωηιτε Ηουσε ρεµαινσ υνδετερρεδ βψ ναψσαψερσ. Τηισ ισ α χλεαρ ανδ ⇒νιτε γοαλ ωιτη α δεαδλινε, χουντερσ Ηενρψ Χ. Κελλψ, ασσισταντ διρεχτορ οφ τεχηνολο− ισ χοµπλετελψ ωρονγ, Μψηρϖολδ φυµεσ. Αλτηουγη Τελεσχριπτ ωουλδ µακε ιτ µυχη εασιερ φορ προγραµµερσ το δεϖελ− οπ τηε ρεαλλψ χοολ στυ⇑ τηατ ωιλλ λυρε χυστοµερσ ιντο τηισ νεω µαρκετπλαχε αµονγ τηε χλουδσ, Μψηρϖολδ ηιντσ τηατ Μιχροσοφτ ωιλλ βε προποσινγ αλτερνατιϖεσ. Ι∏ϖε γοτ 400 πεοπλε ανδ ∃100 µιλλιον α ψεαρ ωορκινγ ον τηισ στυ⇑. Ιτ µαψ νοτ γενερατε σιγνι⇒χαντ ρεϖενυε φορ τηρεε το ⇒ϖε ψεαρσ. Βυτ ιτ συρε ισ α ηελλ οφ αν οππορτυνιτψ. ∇Ω. Ωαψτ Γιββσ γψ φορ τηε Ωηιτε Ηουσε Ο⇔χε οφ Σχιενχε ανδ Τεχηνολογψ Πολιχψ. Ιφ τηε φεδσ αρε ωαστινγ µονεψ, τηε ινδυστρψ ισ σιττινγ τηερε αλονγσιδε υσ σηαρινγ τηε χοστσ. Χοοπερατιον ισ νεεδεδ, Κελλψ σαψσ, βε− χαυσε οφ τηε εξπενσε ανδ ρισκ ινϖολϖεδ. Ιτ∏σ τοο βιγ φορ ανψονε το υνδερτακε ον τηειρ οων, ηε στατεσ. Ωηατεϖερ τηε προγνοσισ φορ α χορνυ− χοπια οφ νεω τεχηνολογψ, τηε χλεαν−χαρ ινιτιατιϖε προµισεσ ιµµεδιατε ινστιτυ− τιοναλ βενε⇒τσ φορ τηε αδµινιστρατιον, τηε νατιοναλ λαβορατοριεσ ανδ τηε αυτο− µακερσ. Φορ τηε αδµινιστρατιον, τηερε ισ ρεασσυρανχε το εντρεπρενευρσ, µαναγ− ερσ ανδ πολιχψ µανδαρινσ ωηο ηαδ βε− γυν το ωονδερ ωηατ ηαδ βεχοµε οφ αν αµβιτιουσ χοµµιτµεντ το τεχηνολογψ πολιχψ, υνϖειλεδ α ψεαρ αγο. Φορ τηε φεδεραλ λαβορατοριεσ, τηε χλεαν− χαρ ινιτιατιϖε προϖιδεσ α προγραµ τηατ, ιν χονχεπτ, ιφ νοτ δολλαρσ, ισ χοµπαραβλε το τηε νυχλεαρ ενεργψ ανδ ωεαπονσ εν− δεαϖορσ τηατ οχχυπιεδ τηεµ φορ ηαλφ α χεντυρψ. Α τοταλ δολλαρ ⇒γυρε ηασ ψετ το βε σετ, αλτηουγη τηε φεδεραλ ουτλαψσ ωιλλ πριµαριλψ χοµε φροµ σηιφτινγ µονιεσ αωαψ φροµ εξιστινγ δεφενσε προγραµσ, νοτ φροµ νεω αππροπριατιονσ. Τηε δεχαδε−λονγ προγραµ χουλδ αλσο βεχοµε α λιτµυσ τεστ οφ τηε ψετ υν− προϖεδ βοαστ τηατ τεχηνολογψ φοστερεδ ιν ηιγη−χοστ γοϖερνµεντ ρεσεαρχη χαν τρανσφορµ τηε υλτιµατε χονσυµερ ιτεµ, τηε φαµιλψ χαρ. Χαν αν υλτραχαπαχιτορ δεϖελοπεδ φορ τηε Σταρ Ωαρσ προγραµ βε υσεδ το στορε ενεργψ το ποωερ α φουρ− δοορ σεδαν? Φορ τηε αυτοµοβιλε ινδυστρψ, τηε προ− γραµ ηασ σερϖεδ ασ α χηανχε το δεµον− στρατε τηατ ∆ετροιτ εξεχυτιϖεσ αρε γοοδ χορπορατε χιτιζενσ. Ιτ διδ τακε σοµε λαστ− µινυτε, ονε−ον−ονε περσυασιον φροµ ςιχε Πρεσιδεντ Αλ Γορε το γαρνερ ινδυσ− τρψ εξεχυτιϖεσ∏ αχχεπτανχε. Εϖεν ατ τηε Ωηιτε Ηουσε χερεµονψ, ινδυστρψ χηιεφσ βαλλαστεδ οπτιµισµ ωιτη χαυτιον. Τηε δι⇔χυλτιεσ ανδ οβσταχλεσ χονφροντινγ τηισ ρεϖολυτιον σηουλδ νοτ βε υνδερεσ− τιµατεδ, ανδ ουρ εξπεχτατιονσ σηουλδ βε ρεαλιστιχ, νοτεδ ϑοην Φ. Σµιτη, ϑρ., Γεν− εραλ Μοτορσ∏σ πρεσιδεντ, ιν α σπεεχη. ∆ετροιτ αυτοµακερσ αλσο σεε νο ιν− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 113 χονσιστενχψ βετωεεν τηειρ χοµµιτµεντ το τηε προϕεχτ∏σ λονγ−τερµ γοαλ ανδ τηειρ χοντινυινγ λεγαλ ανδ λοββψινγ ε⇑ορτσ το σοφτεν τηε νατιον∏σ µοστ φαρ−ρεαχηινγ χλεαν−αιρ λαωσ. Ωε∏ρε τρψινγ το µαξι− µιζε τηε ρεσουρχεσ ωε ηαϖε το τρψ το σολϖε τηεσε τεχηνολογψ προβλεµσ, σαψσ Γεραλδ Α. Εσπερ, διρεχτορ οφ τηε ϖεηιχλε ενϖιρονµεντ δεπαρτµεντ φορ τηε Αµερ− ιχαν Αυτοµοβιλε Μανυφαχτυρερσ Ασσοχι− ατιον ( ΑΑΜΑ ), τηε λοββψινγ ανδ τραδε οργανιζατιον φορ τηε Βιγ Τηρεε. Ατ τηε σαµε τιµε, τηε µανυφαχτυρερσ φεελ ελεχ− τριχ−ϖεηιχλε τεχηνολογψ ισ νοτ αϖαιλαβλε τοδαψ. Ιτ ωουλδ βε ιρρεσπονσιβλε νοτ το µακε τηατ κνοων. Τηε ΑΑΜΑ ισ χοντεµπλατινγ α χαµ− παιγν ιν χοµινγ µοντησ το πυβλιχιζε ιτσ µισγιϖινγσ αβουτ α Χαλιφορνια ρεγυ− λατιον τηατ ισ εσσεντιαλλψ α µανδατε φορ ελεχτριχ ϖεηιχλεσ. Τηε ζερο−εµισσιον ϖε− ηιχλε ρεγυλατιον ρεθυιρεσ τηατ 2 περχεντ οφ χαρσ σολδ βψ 1998 βψ µαϕορ χοµπα− νιεσ εµιτ νο πολλυταντσ, α ⇒γυρε τηατ ρισεσ το 10 περχεντ οφ χαρσ φορ αλλ µανυ− φαχτυρερσ βψ 2003. Τηε αυτοµακερσ ηαϖε αλσο βεεν ⇒γητ− ινγ ιν τηε χουρτσ τηε ε⇑ορτσ οφ Νεω Ψορκ Στατε, Μαινε ανδ Μασσαχηυσεττσ το ιµποσε Χαλιφορνια−λικε εµισσιον ρεγυ− λατιονσ, ωηιχη, ιν ε⇑εχτ, ρεθυιρε ελεχτριχ ϖεηιχλεσ. Συχη ρυλεσ αρε αλσο βεινγ χον− τεµπλατεδ βψ νινε οτηερ νορτηεαστερν στατεσ. Ιν εαρλψ ∆εχεµβερ τηε ΑΑΜΑ φορωαρδεδ α χουντερπροποσαλ φορ α ϖε− ηιχλε τηατ ωουλδ εξχεεδ φεδεραλ εµισ− σιον στανδαρδσ ωηιλε υσινγ ρεφορµυλατ− εδ γασολινεσ. Ανψ µεντιον οφ ελεχτριχ ϖεηιχλεσ ωασ χονσπιχυουσλψ αβσεντ. Μυχη οφ τηε ινδυστρψ∏σ ρεσιστανχε το τηε Χαλιφορνια στανδαρδ στεµσ φροµ τηε βελιεφ τηατ νο ελεχτριχ−χαρ βαττερψ χαν βε φουνδ ιν τηε σηορτ τερµ το µεετ ιτ. Ιν α λεττερ το τηε ο⇔χε οφ Χαλιφορνια γοϖερ− νορ Πετε Ωιλσον, Φορδ∏σ ϖιχε χηαιρµαν, Αλαν ∆. Γιλµουρ, νοτεδ: Ωηιλε ωε ηαϖε δεσιγνεδ ανδ αρε νοω σταρτινγ το βυιλδ α γοοδ ελεχτριχ ϖεηιχλε, τηε Εχοσταρ µινι− ϖαν, τηερε ισ νο βαττερψ ωιτη αχχεπταβλε χοστ, ρανγε ανδ λιφε το ποωερ ιτ. Μεαν− ωηιλε τηε Χαλιφορνια ρεγυλατιον ηασ ιν− σπιρεδ αν εξπλοσιον οφ αχτιϖιτψ αµονγ χοµπανιεσ σµαλλ ανδ λαργε τηατ στρετχη− εσ ωελλ βεψονδ τηε γρεατερ ∆ετροιτ µετ− ροπολιταν αρεα. Τηε χαρ ινδυστρψ ισ βιγγερ τηαν ∆ετροιτ, σαψσ Βιλλ Σεσσα, α σποκεσµαν φορ Χαλιφορνια∏σ Αιρ Ρεσουρχ− εσ Βοαρδ, ωηιχη σετ τηε στατε∏σ ζερο− εµισσιον στανδαρδ. Ασια ανδ Ευροπε ανδ µανψ εντρεπρενευριαλ χοµπανιεσ αρε ινϖολϖεδ ιν τηισ ρεσεαρχη. Α ονε−τιµε Λοχκηεεδ αιρχραφτ ωαρε− ηουσε ισ τηε ηεαδθυαρτερσ φορ Χαλσταρτ, αν αγγλοµερατιον οφ 80 πυβλιχ αγενχιεσ, υτιλιτιεσ ανδ οτηερ βυσινεσσεσ τηατ αρε αδαπτινγ δεφενσε τεχηνολογψ το ελεχτριχ ϖεηιχλεσ ασ ωελλ ασ δεϖελοπινγ φυελ χελλσ, ⇓ψωηεελσ, αυτοµοτιϖε ελεχτρονιχσ ανδ οτηερ χοµπονεντσ. ( Γενεραλ Μοτορσ ισ α µινορ παρτιχιπαντ.) Χαλσταρτ ηασ δεµονστρατεδ α προτο− τψπε χονταινινγ αν αδϖανχεδ λεαδ−αχιδ βαττερψ, α λιγητωειγητ αλυµινυµ φραµε ανδ οτηερ τεχηνολογψ τηατ χονσορτιυµ µεµβερσ βελιεϖε χουλδ λεαδ το αν αφ− φορδαβλε ελεχτριχ ϖεηιχλε. Χουντλεσσ γα− ραγε σηοπσ αρε αλσο λαβορινγ ον χοµπο− νεντσ φορ ελεχτριχ χαρσ. Ωε∏ρε ϕυστ ονε εξαµπλε οφ λιτεραλλψ τηουσανδσ οφ ⇓οω− ερσ βλοοµινγ, σαψσ Μιχηαελ ϑ. Γαγε, Χαλσταρτ∏σ πρεσιδεντ. Σιµιλαρ δψναµισµ ισ λαχκινγ ιν τηε Υ.Σ. Αδϖανχεδ Βαττερψ Χονσορτιυµ. Τηε ∃260−µιλλιον χονσορτιυµ, ωηιχη ιν− ϖολϖεσ τηε Βιγ Τηρεε, τηε ∆επαρτµεντ οφ Ενεργψ, υτιλιτιεσ ανδ βαττερψ µανυ− φαχτυρερσ, ηασ τακεν αβουτ τωο ψεαρσ λονγερ τηαν αντιχιπατεδ το χοµπλετε σοµε οφ τηε χοντραχτσ το δεϖελοπ αδ− ϖανχεδ βαττερψ τεχηνολογψ φορ ελεχτριχ ϖεηιχλεσ. Ιτ ωιλλ νοτ µεετ ιτσ οριγιναλ µιδ−1994 γοαλ οφ α νεω−γενερατιον βατ− τερψ τηατ χαν ρεαδιλψ βε σλοττεδ ιντο ελεχτριχ ϖεηιχλεσ αβλε το µεετ τηε 1998 Χαλιφορνια στανδαρδ. Τηατ λεαϖεσ τηε οππορτυνιτψ ριπε φορ Χαλσταρτ ανδ τηε γαραγε γανγ. Ιφ Αδαµ Σµιτη ωερε βεττινγ, τηατ∏σ ωηερε ηισ λονγ γρεεν ονεσ ωουλδ γο. ∇Γαρψ Στιξ Α Βλαδε οφ Γρασσ Σ LISA VERNEGAARD ocial history often returns to the theme of the lawn Grass is the basis for a $25-billion-a-year lawn care inversus crabgrass. Properly nurtured, suburban sod dustry. Suburban greensward also guzzles often scarce serves as a symbol of gentility and social superiority. water resources and uses as much as 10 times more Dominance over the encroachments of chickweed, par- chemical pesticides per acre than does an equivalent area tridgeberries, plantains, rushes and innumerable other of cropland. U.S. lawns absorb more synthetic fertilizers undesirable forms of vegetation proclaims the orderli- than India applies to all its food crops. In the mindless ness, the rightness of an existence distanced from the rig- hour of back-and-forth traversals, the power mower spews pollutants equivalent to a car driving 350 miles. ors of urban living. The particulars in this bill of indictment appear in a F. Herbert Bormann, an emeritus professor of forest ecology at the Yale University School of Forestry and Envi- book published last year by Yale University Press called ronmental Studies and a leading lawn revisionist, reads a Redesigning the American Lawn: A Search for Environmental Harmony. Bormann different message. To him, co-authored the volume with the lawn is a metaphor for entwo colleagues from the Yale vironmental excess. Several School of Forestry, Diana Balyears ago Bormann, who, with mori and Gordon T. Geballe. his colleague Gene E. Likens, Bormann has a ready anis credited with discovering swer for those who would that acid rain was falling on like to strike a blow for the northeastern forests, turned environment or just feel virthe lawn into a mission for 11 tuously green while enjoying Yale graduate students. The hours not spent behind a project unearthed some starmower: grow a Bormann tling facts. “In area, grass is Freedom Lawn. It’s easy. Just the largest single crop in the stand back and let the crabU.S.,” Bormann says. If aggregrass, chickweed, wood sorgated, American lawns would rel and plantains, or, for Texcover 25 million acres, an area equivalent to that occupied ΦΡΕΕ∆ΟΜ ΛΑΩΝ ρεπλαχεσ α γρασσ µονοχυλτυρε ωιτη α ans, maybe even the buffalo ηερβιχιδε−φρεε ϕυµβλε οφ ωεεδσ ανδ γρασσ. grass, flourish. —Gary Stix by the state of Pennsylvania. 114 ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΤΗΕ ΑΝΑΛΨΤΙΧΑΛ ΕΧΟΝΟΜΙΣΤ Παψινγ φορ Λιγητ ατ τηε Ενδ οφ τηε Χηυννελ Ι σ τηε πριϖατε σεχτορ µορε ε⇔χιεντ τηαν γοϖερνµεντ ιν ⇒νανχινγ ανδ εξεχυτινγ µαϕορ χονστρυχτιον προϕ− εχτσ? Τηε Χηαννελ Τυννελ, δυε το οπεν τηισ σπρινγ, προϖιδεσ τηε µοστ ρεχεντ ανδ προµινεντ χασε ιν ποιντ φορ εχον− οµιστσ, γοϖερνµεντ ο⇔χιαλσ, βυσινεσσ πεοπλε∇ανδ τηε πυβλιχ. Τηε λεσσονσ τηατ ⇒νανχιερσ, µαν− αγερσ ανδ αδµινιστρατορσ δραω φροµ τηε Χηυννελ δεαλ ωιλλ α⇑εχτ εχονοµιεσ τηρουγηουτ τηε ωορλδ. Φορ βεττερ ορ ωορσε, ο⇔χιαλσ τρψινγ το βαλανχε σηρινκ− ινγ ταξ βασεσ αγαινστ δεµανδσ φορ ιν− φραστρυχτυρε αρε ινχρεασινγλψ εντιχεδ βψ τηε ζεστψ Τηατχηερ−Ρεαγαν τονιχ οφ πρι− ϖατε−σεχτορ µεχηανισµσ ανδ τηειρ πρε− συµεδ ινηερεντ ε⇔χιενχιεσ. Γοϖερν− µεντσ οφ αλλ ηυεσ ωιλλ χοντινυε το λοοκ φορ νεω ωαψσ οφ ινχορπορατινγ πριϖατε− σεχτορ φυνδσ φορ πυβλιχ ωορκσ προϕεχτσ, σαψσ Γραηαµ Χορβεττ, ⇒νανχιαλ διρεχτορ οφ Ευροτυννελ, τηε Λονδον−βασεδ χον− σορτιυµ οφ βανκσ ανδ ινϖεστµεντ ⇒ρµσ τηατ ⇒νανχεδ τηε τυννελ. Βριταιν∏σ ινσιστενχε ον υσινγ νονε οφ ιτσ ταξπαψερσ∏ µονεψ το βυιλδ τηε υνδερ− σεα ροαδ ανδ ραιλωαψ σετ υπ τηισ παρτιχυ− λαρ εξπεριµεντ οφ νατυρε. Ωιτηουτ γοϖ− ερνµεντ βαχκινγ, τηε προϕεχτ φελλ το α νετωορκ οφ παρτιχιπαντσ∇βανκερσ, χον− τραχτορσ, οπερατορσ ανδ σηαρεηολδερσ∇ α κινδ οφ µεταχορπορατιον. Τηε δεχισιον το γο πριϖατε ηαδ τωο ιµµεδιατε χονσεθυενχεσ. Φιρστ, πριϖατε χονχερν ωιτη προ⇒τ εξποσεδ τηε τρυε χοστσ ανδ ρισκσ οφ συχη α λαργε−σχαλε εν− τερπρισε. Υσυαλλψ βυρεαυχρατιχ φογ ανδ πυβλιχ ιναττεντιον οβσχυρε τηε ουτλαψσ ιν προϕεχτσ βανκρολλεδ βψ ταξπαψερσ. Ανδ τηε γοϖερνµεντ∏σ αβιλιτψ το ρυν ον λεσσ τηαν εµπτψ χαν πυση παψβαχκ ηο− ριζονσ ουτ το τηε ϖανισηινγ ποιντ. Βυτ πριϖατε−σεχτορ ⇒ρµσ δο νοτ ενϕοψ συχη λυξυρψ. Ονχε τηε εξτεντ οφ τηε ⇒− νανχιαλ εξποσυρε βεχαµε χλεαρ, αϖερσιον το ρισκ λεδ το τηε σεχονδ χονσεθυενχε: ινϖεστορσ προτεχτεδ τηεµσελϖεσ βψ ηανδινγ ρισκ ο⇑ το οτηερσ. Το ρεδυχε τηε υνχερταιντψ οφ τηε προϕεχτ, τηε Βριτιση ανδ Φρενχη γοϖερνµεντσ ηαδ γραντεδ τηε χοντραχτορσ α χονχεσσιον φορ τηε τυννελ. Α χονχεσσιον (α χονχεπτ δατινγ βαχκ το τηε Μιδδλε Αγεσ) γιϖεσ α ⇒ρµ ορ οτηερ εντιτψ εξχλυσιϖε ριγητσ το δεϖελοπ ανδ εξπλοιτ α χερταιν γεο− γραπηιχ ορ εχονοµιχ τερριτορψ. Βυτ εϖεν τηισ διδ νοτ µολλιφψ τηε χονσορτιυµ Copyright 1994 Scientific American, Inc. οφ βανκσ ανδ χονστρυχτιον χοµπανιεσ. Ινστεαδ τηεψ αππαρεντλψ δεχιδεδ εαρ− λψ ον το γετ ουτ φροµ υνδερ τηε προϕεχτ αφτερ ιτσ χοµπλετιον. Ονε οφ τηειρ ⇒ρστ αχτσ ωασ το φορµ α σεπαρατε εντιτψ∇Ευ− ροτυννελ∇το ασσυµε αλλ λονγ−τερµ ρε− σπονσιβιλιτψ φορ τηε τυννελ∏σ ⇒νανχιαλ συχχεσσ, ωηιλε κεεπινγ τηε σηορτ−τερµ ρισκσ το τηεµσελϖεσ. Ονχε Ευροτυννελ ηαδ βεεν φορµεδ ανδ σηαρεσ σολδ το ιν− ϖεστµεντ ⇒ρµσ, τηε χονστρυχτιον χοµ− πανιεσ, υνδερ τηε ΤρανσΜανχηε Λινκ ( ΤΜΛ ) υµβρελλα, ηαδ µερελψ το βυιλδ τηε τυννελ ιν ρετυρν φορ α παψχηεχκ ιν τηε ενδ. Τηε βανκσ, ωιτη σιγνεδ χρεδιτ αγρεεµεντσ ιν ηανδ, ηαδ ονλψ το εν− συρε τηατ τηεψ χουλδ χολλεχτ ον τηε δεβτσ τηατ Ευροτυννελ οωεδ. Πυττινγ υπ ϕυστ ∃75 µιλλιον οφ τηε σεεδ χαπιταλ, τηε φουνδινγ χονσορτιυµ µοϖεδ θυιχκλψ το ραισε αν αδδιτιοναλ ∃300 µιλλιον φροµ ινϖεστµεντ ⇒ρµσ ανδ α σψνδιχατιον οφ βανκσ. Βυτ ονχε ιτ ηαδ δονε σο, ιτσ εθ− υιτψ∇ανδ ιτσ σηαρε οφ τηε λονγ−τερµ ρισκσ∇φελλ το λεσσ τηαν 10 περχεντ. Ευροτυννελ, ρεσπονσιβλε φορ τηε υλτι− µατε ⇒νανχιαλ συχχεσσ οφ τηε ϖεντυρε, ηαδ το χοπε ωιτη ⇓αωσ ιν τηε προϕεχτ τηατ µαδε δισαγρεεµεντσ ωιτη ΤΜΛ ιν− εϖιταβλε. Βεφορε Ευροτυννελ ωασ φορµεδ, τηε χονστρυχτιον ⇒ρµσ ηαδ δραων υπ τηειρ οων χοντραχτσ το ρεπρεσεντ τηε ιν− τερεστσ οφ ινϖεστορσ ανδ σηαρεηολδερσ. Νοτ συρπρισινγλψ, τηε βυιλδερσ φαιλεδ το ινχλυδε πεναλτψ χλαυσεσ, ινχεντιϖε παψ ανδ οτηερ προϖισιονσ τηατ γιϖε συχη αγρεεµεντσ τεετη. Τηε βυιλδερσ ηαδ ωριττεν τηεµσελϖεσ αν οπεν−ενδεδ χον− τραχτ, ανδ χονστρυχτιον ωασ γεττινγ ουτ οφ ηανδ, σαψσ αν εξεχυτιϖε ατ ονε οφ τηε Υ.Κ. βανκσ ιν τηε οριγιναλ χονσορ− τιυµ. Ωορριεδ αβουτ τηε προϕεχτ∏σ χρεδιτ ωορτηινεσσ, τηε βανκσ τηρεω τηειρ συπ− πορτ βεηινδ Ευροτυννελ, ωηιχη θυιχκλψ ρενεγοτιατεδ τηε χοντραχτσ. Βψ τηεν, ηοωεϖερ, χονστρυχτιον ωασ φαρ βεηινδ σχηεδυλε ανδ ηαδ οϖερρυν τηε βυδγετ. Χοστσ υλτιµατελψ µορε τηαν δουβλεδ∇ φροµ ∃6 βιλλιον το ∃13.4 βιλλιον. Οφ εϖεν µορε λαστινγ ιµπαχτ ωασ τηε εαρλψ ανδ αµβιτιουσ δεχισιον βψ τηε φουνδινγ χονσορτιυµ το ηαστεν χον− στρυχτιον οφ τηε τυννελ ιν ορδερ το χοµ− πλετε ιτ ωιτηιν σεϖεν ψεαρσ. Το αχχοµ− πλιση τηισ πλαν, τηεψ βροκε γρουνδ ιµ− µεδιατελψ αφτερ ωιννινγ τηε χονχεσσιον. Ωηιλε µοστ οφ τηε τυννελ∏σ ραιλ ανδ σιγ− ναλινγ σψστεµσ ανδ τραινσ ωερε ιν τηε πρελιµιναρψ σταγεσ οφ δεσιγν, σεεδ µον− εψ ωασ υσεδ το βυψ διγγινγ εθυιπµεντ. Χοντραχτορσ ωερε τοο ηαππψ το ρυση ο⇑ ωιτη τηειρ σπαδεσ, ανδ τηε βανκσ ωερε τοο ηαππψ το ρυση ο⇑ ωιτη τηειρ χηεχκβοοκσ, βεχαυσε τηεψ αλλ ωερε εα− γερ το µακε προ⇒τσ, σαψσ Ρογερ ςιχκ− ερµαν, προφεσσορ οφ ρεγιοναλ ανδ τρανσ− πορτ εχονοµιχσ ατ τηε Υνιϖερσιτψ οφ Κεντ ατ Χαντερβυρψ. Τηε ρεπερχυσσιονσ οφ τηισ ρυση το σταρτ χονστρυχτιον ωερε φελτ ονλψ αφτερ Ευροτυννελ ανδ ΤΜΛ ηαδ γονε τηειρ σεπαρατε ωαψσ. Μανψ λαπσεσ ιν δεσιγν βεχαµε εϖιδεντ : σηαφτσ ον τηε Ενγλιση σιδε ωερε τοο ναρροω το χαρρψ παρτσ φορ τηε τυννελ−βορινγ µαχηινεσ, τυννελ− ωαλλ λινινγσ λεακεδ, τραιν χαρριαγεσ διδ νοτ µεετ σαφετψ ρεθυιρεµεντσ. Συχη προβλεµσ ηαδ ενορµουσ ⇒νανχιαλ ιµ− πλιχατιονσ ανδ πρεχιπιτατεδ χονφροντα− τιονσ βετωεεν Ευροτυννελ ανδ ΤΜΛ οϖερ ωηο ωασ ρεσπονσιβλε. ∆εσιγν δεταιλσ ηαδ νοτ βεεν σετ ιν τηε βεγιννινγ, ανδ σο τηε χοντραχτσ βετωεεν Ευροτυννελ ανδ ΤΜΛ (ωηιχη δεχλινεδ ιντερϖιεωσ) σπεχι⇒εδ περφορ− µανχε χριτερια ρατηερ τηαν πρεχισε βλυε− πριντσ ανδ χονστρυχτιον µετηοδσ. Τηισ οϖερσιγητ λεφτ γραψ αρεασ τηατ βεχαµε τηε φοχυσ οφ προτραχτεδ δισπυτεσ. Φορ ινστανχε, ωηεν δεσιγν λιµιτατιονσ οφ τηε τυννελ ωερε φουνδ το µακε αχηιεϖ− ινγ ανψτηινγ χλοσε το τηε 187−µιλε−περ− ηουρ Φρενχη τραιν σπεεδ εξορβιταντ, βοτη παρτιεσ αγρεεδ το λοωερ τηε σπεεδ το 100 µπη αφτερ χοστλψ νεγοτιατιονσ. Ωηο ωιλλ προϖιδε ⇒νανχιαλ λιγητ ατ τηε ενδ οφ τηε Χηυννελ? Πρεσυµαβλψ χουντ− λεσσ χαρλοαδσ ανδ τραινλοαδσ οφ Ιανσ ανδ Μαυδεσ ανδ Αλαινσ ανδ Μαριεσ, ασ ωελλ ασ χιτιζενσ οφ τηε οτηερ νατιονσ οφ τηε Ευροπεαν Χοµµυνιτψ∇ιν οτηερ ωορδσ, τηε πυβλιχ. Ιφ τηε Χηυννελ∏σ χυσ− τοµερσ δο νοτ παψ ενουγη το µακε τηε λινκ α γοινγ προποσιτιον, τηε χοστσ ωιλλ λανδ ον οτηερ µεµβερσ οφ τηε πυβλιχ∇ τηοσε ωηο ηαϖε ινϖεστεδ σο φαρ ανδ τηοσε ωηο ωιλλ βυψ. Αµιδ τηεσε τριβυλατιονσ, τηε στοχκ µαρκετ ρενδερσ ιτσ ρυννινγ ϕυδγµεντ ον τηε σουνδνεσσ οφ τηε Χηυννελ. Ατ πρεσσ τιµε, σηαρεσ ωερε τραδινγ ατ αβουτ ∃7, συγγεστινγ τηατ τηε µαρκετ ϖαλυεσ τηε χοµπανψ ατ αβουτ ∃3.75 βιλλιον. Τηε ϖιαβιλιτψ οφ τηε ινϖεστµεντ ωιλλ βεχοµε χλεαρ ιν τηε νεξτ φεω δεχαδεσ. Βψ Φεβ− ρυαρψ ωε βελιεϖε τηεψ∏λλ βε ωορτη αβουτ ≤5.70 [∃8.50], σαψσ αν αναλψστ ατ α Λον− δον βροκεραγε ⇒ρµ. Βεψονδ τηατ ισ ανψβοδψ∏σ γυεσσ.∇Φρεδ Γυτερλ, Λονδον ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 115 ΤΗΕ ΑΜΑΤΕΥΡ ΣΧΙΕΝΤΙΣΤ χονδυχτεδ βψ Μαρκ ∆ραγοϖαν ανδ ∆ον Αλϖαρεζ Μακινγ α Μιρρορ βψ Σπιννινγ α Λιθυιδ Ω ηεν α λιθυιδ ισ σπυν ιν α χον− ταινερ, τηε συρφαχε οφ τηε λιθ− υιδ δοεσ νοτ ρεµαιν ⇓ατ βυτ τακεσ ον α χονχαϖε, παραβολιχ σηαπε. Τηε παραβολα, οφ χουρσε, ισ τηε βασισ φορ τηε πριµαρψ µιρρορσ ιν οπτιχαλ τελε− σχοπεσ βεχαυσε τηε σηαπε ωιλλ φοχυσ παραλλελ λιγητ ραψσ το α ποιντ. Ινϖεστιγα− τορσ ηαϖε εξπλοιτεδ τηε ροτατιοναλ ε⇑εχτ ιν ⇓υιδσ το µακε λαργε τελεσχοπε µιρ− ρορσ φροµ λιθυιδ µεταλσ, πριµαριλψ µερ− χυρψ. Τηε παραβολιχ σηαπε ρεµαινσ ασ λονγ ασ τηε λιθυιδ ισ κεπτ σπιννινγ. Λιθ− υιδ µιρρορσ µαδε φροµ µερχυρψ ηαϖε βεεν σηοων το ηαϖε αν οπτιχαλ θυαλιτψ νεαρ τηειρ γρουνδ−γλασσ χουσινσ, ωηιλε ηαϖινγ τηε αδϖανταγε οφ βεινγ λιγητερ ανδ λεσσ εξπενσιϖε [σεε Λιθυιδ Μιρ− ρορσ, βψ Ερµαννο Φ. Βορρα, παγε 68]. Α σιµπλερ ϖαριατιον οφ τηισ προχεδυρε, ωηιχη χαν βε δονε ατ ηοµε, ισ το υσε α λιθυιδ τηατ ηαρδενσ, σο τηατ τηε παραβολ− ιχ συρφαχε ισ πρεσερϖεδ αφτερ τηε σπιν− νινγ ηασ χεασεδ. Εποξψ ⇒τσ τηε βιλλ. Χονσιστινγ οφ α µιξτυρε οφ α ρεσιν ανδ α ηαρδενερ, εποξψ σλοωλψ χυρεσ το α σολιδ ωιτη λιττλε χηανγε ιν σηαπε. Τηε ρεσυλτ− ινγ µιρρορ χαννοτ χοµπετε αγαινστ αλυ− µινιζεδ γλασσ µιρρορσ φορ ιµαγε θυαλι− τψ; ιτ ισ περηαπσ βεστ συιτεδ ασ α χολλεχτορ οφ λιγητ ατ τηε ινφραρεδ ανδ µιχροωαϖε ενδ οφ τηε σπεχτρυµ. Ωε ηαϖε ρελιεδ ον τηισ µετηοδ το προδυχε αν ινεξπενσιϖε µιρρορ τηε σιζε οφ α σατελλιτε διση το βε υσεδ φορ οβσερϖατιονσ οφ τηε χοσµιχ µιχροωαϖε βαχκγρουνδ ραδιατιον. Α τυρνταβλε φροµ α στερεο σψστεµ ισ τηε ιδεαλ δεϖιχε ον ωηιχη το σπιν τηε λιθυιδ. Βε συρε το ρεµοϖε τηε πηονο− γραπη χαρτριδγε. Τηε ρεχορδ πλαψερ δοεσ νοτ ηαϖε το βε οφ τηε ηιγηεστ θυαλιτψ∇ ωε ηαϖε φουνδ τηατ µινορ ϖαριατιονσ ιν τυρνταβλε σπεεδ δο νοτ σεριουσλψ α⇑εχτ ΜΑΡΚ ∆ΡΑΓΟςΑΝ ανδ ∆ΟΝ ΑΛςΑ− ΡΕΖ χολλαβορατε ατ Πρινχετον Υνιϖερσιτψ. Αν ασσισταντ προφεσσορ οφ πηψσιχσ τηερε, ∆ραγοϖαν ρεχειϖεδ α Πρεσιδεντιαλ Ψουνγ Ινϖεστιγατορ Αωαρδ ιν 1989. Ηισ µαιν ιν− τερεστ ισ ιν οβσερϖινγ ανισοτροπψ ιν τηε χοσµιχ µιχροωαϖε βαχκγρουνδ ραδια− τιον. Αλϖαρεζ ισ α γραδυατε στυδεντ ιν πηψσιχσ ωηο χυρρεντλψ ηολδσ α Υνιϖερσιτψ Ρεσεαρχη Βοαρδ Φελλοωσηιπ. Ηε ωασ α Να− τιοναλ ∆εφενσε Σχιενχε ανδ Ενγινεερινγ Γραδυατε Φελλοω φροµ 1991 το 1993. 116 τηε µιρρορ. Τηοσε ωηο ηαϖε σωιτχηεδ το χοµπαχτ δισχσ σηουλδ βε αβλε το ⇒νδ α σεχονδηανδ τυρνταβλε ωιτηουτ τοο µυχη τρουβλε ορ εξπενσε. Τηε χονταινερ το ηολδ τηε σπιννινγ εποξψ χαν βε ανψτηινγ, εϖεν α χοµµον διννερ πλατε, βυτ ωε λικε το υσε φοοδ στοραγε χονταινερσ µαδε οφ πολψετηψ− λενε ορ πολψπροπψλενε. Συχη πλαστιχ χον− ταινερσ αρε πραχτιχαλ βεχαυσε τηε εποξψ δοεσ νοτ στιχκ το τηε συρφαχε ϖερψ ωελλ. Τηε σπυν µιρρορ ποπσ ουτ εασιλψ αφτερ τηε εποξψ ηασ χυρεδ. Τηε χονταινερ µυστ ηαϖε ενουγη δεπτη σο τηε λιθυιδ δοεσ νοτ σπιλλ οϖερ τηε σιδεσ δυρινγ ρο− τατιον. Ιτ χαν βε ανψ διαµετερ σο λονγ ασ ιτ χαν σπιν φρεελψ ον τηε τυρνταβλε. Βε αωαρε, ηοωεϖερ, τηατ α µαϕοριτψ οφ τυρνταβλεσ οπερατε ονλψ ωηεν τηε τονε− αρµ ισ χυεδ οϖερ τηε εδγε οφ τηε πλατ− τερ. Το προϖιδε χλεαρανχε φορ τηε τονε− αρµ, ψου µαψ νεεδ το χηοοσε α χον− ταινερ τηατ ηασ α διαµετερ σλιγητλψ λεσσ τηαν τηατ οφ τηε πλαττερ. Τηε βεστ εποξψ ισ ονε τηατ ηασ τηε λοωεστ ϖισχοσιτψ ανδ λονγεστ σεττινγ τιµε. ( ςισχοσιτψ ισ τηε τηιχκνεσσ ορ ρυν− νινεσσ οφ α λιθυιδ.) Τηε εποξψ σηουλδ ⇓οω ατ λεαστ ασ ωελλ ασ ωαρµ µαπλε σψρυπ. Τηε εποξιεσ ωε τριεδ ωερε τψπε ΧΡΣ−107 φροµ Χυστοµ Ρεσιν Σψστεµσ ιν Χαρϖερ, Μασσ., ανδ Στψχαστ 1266 χλεαρ εποξψ φροµ Εµερσον & Χυµινγ ιν Χαν− τον, Μασσ. Τηεσε τωο ϖαριετιεσ αρε βψ νο µεανσ τηε βεστ ορ ονλψ χηοιχεσ. Τηε νυµβερ οφ εποξιεσ αϖαιλαβλε ισ τρυλψ ασ− τουνδινγ, σο χηεχκ τηε λοχαλ ηαρδωαρε στορε ορ λοοκ υνδερ εποξψ ορ ρεσινσ ιν τηε ψελλοω παγεσ φορ α συιταβλε ονε. Ψου ωιλλ προβαβλψ νεεδ νο µορε τηαν αβουτ 0.1 λιτερ (σεϖεραλ ⇓υιδ ουνχεσ) φορ εαχη µιρρορ. Ασ φορ σεττινγ τιµε, ωε ρεχοµµενδ χηοοσινγ εποξιεσ τηατ ηαϖε α ονε− ορ τωο−δαψ χυρε περιοδ ιφ ψου πλαν το σπιν µιρρορσ λαργερ τηαν αβουτ 30 χεντιµε− τερσ ιν διαµετερ. Σµαλλερ µιρρορσ σηουλδ βε µαδε φροµ εποξιεσ τηατ χυρε ιν νο λεσσ τηαν φουρ το σιξ ηουρσ. ∆ο νοτ υσε τηε θυιχκ−δρψινγ, ⇒ϖε−µινυτε εποξψ. Εποξψ υσυαλλψ χοµεσ ιν τωο σεπαρατε χονταινερσ: ονε φορ τηε ρεσιν ανδ τηε οτηερ φορ τηε ηαρδενερ. Τηεψ µυστ βε τηορουγηλψ µιξεδ σο τηατ τηε ρεσυλτ− ινγ λιθυιδ ισ υνιφορµ. Φολλοω τηε παχκ− αγε ινστρυχτιονσ το δετερµινε τηε ριγητ προπορτιονσ. Εποξψ ισ γενεραλλψ σαφε το υσε, βυτ σοµε χαυτιον σηουλδ βε εξερχισεδ. Τηε χηεµιχαλσ ινϖολϖεδ αρε ρατηερ ναστψ; γλοϖεσ ανδ γοοδ ϖεντιλατιον αρε ρε− θυιρεδ. Αλσο, ψου µαψ φεελ σοµε ωαρµτη χοµινγ φροµ τηε εποξψ βεχαυσε τηε χηεµιχαλσ γιϖε ο⇑ ηεατ ασ τηεψ χυρε. Ιφ ψου ιντενδ το σπιν σεϖεραλ µιρρορσ ανδ ωαντ το πρεπαρε λαργε αµουντσ, µιξ τηε εποξψ ιν βατχηεσ οφ νο µορε τηαν α λι− τερ ατ α τιµε ανδ κεεπ τηε βατχηεσ σεπ− αρατε. Ιτ ισ ποσσιβλε τηατ λαργερ βατχηεσ χουλδ σµοκε ορ εϖεν χατχη ⇒ρε. ( Τηε φαστ−δρψινγ εποξιεσ αρε τηε µοστ συσ− χεπτιβλε τψπεσ, ονε οφ τηε ρεασονσ το αϖοιδ τηεµ.) Το δετερµινε εξαχτλψ ηοω µυχη εποξψ το υσε, σπιν σοµε ωατερ ιν τηε χονταινερ ⇒ρστ. Πουρ ιν ϕυστ ενουγη σο τηατ ιτ ωετσ τηε χονταινερ βυτ δοεσ νοτ σπιλλ ουτ δυρινγ ροτατιον. Μακε συρε τηε χονταινερ ισ χεντερεδ ον τηε πλαττερ. Ιφ νεχεσσαρψ, αδϕυστ τηε τιλτ οφ τηε τυρντα− βλε σο τηατ τηε ωατερ σπρεαδσ υνιφορµλψ αχροσσ τηε συρφαχε. Μεασυρε τηε αµουντ οφ ωατερ υσεδ ανδ µιξ τηατ µυχη επ− οξψ. Βε συρε το δρψ τηε ινσιδε οφ τηε χονταινερ χοµπλετελψ βεφορε πουρινγ ιν τηε εποξψ, βεχαυσε µοιστυρε πρεϖεντσ µανψ εποξιεσ φροµ χυρινγ προπερλψ. Τηε τυρνταβλε µυστ σπιν υντιλ τηε επ− οξψ ηασ χυρεδ. Ιτ ισ ιµπορταντ το υσε α ωινδσχρεεν, τηατ ισ, α πλαστιχ ωραπ οϖερ τηε σπιννινγ λιθυιδ. Τηε βρεεζε γενερατεδ βψ τηε ροτατιον χαν χαυσε ριππλεσ το φορµ ον τηε συρφαχε. Ιφ ψου δο ⇒νδ δεφεχτσ ιν τηε δριεδ εποξψ, ϕυστ ρεπεατ τηε προχεδυρε ωιτη ανοτηερ χοατ. Ιν φαχτ, ωε ηαϖε φουνδ τηατ τωο τηιν χοατσ προδυχε α σµοοτηερ συρφαχε τηαν δοεσ ονε τηιχκ χοατ οφ τηε σαµε ϖολυµε. Τηε χυρεδ εποξψ ηασ τηε στι⇑νεσσ οφ α ηαρδ πιεχε οφ πλαστιχ, λικε αν αχρψλιχ. Τηε φοχαλ λενγτη ωιλλ βε προπορτιοναλ το τηε σθυαρε οφ τηε ροτατιον περιοδ. Α τυρνταβλε σπεεδ οφ 45 ρεϖολυτιονσ περ µινυτε (ρπµ) ωιλλ ψιελδ α φοχαλ λενγτη οφ αβουτ 22.1 χεντιµετερσ. Α σπεεδ οφ 33 ρπµ γιϖεσ 41.1 χεντιµετερσ. Α ηεαϖψ χονταινερ µαψ µακε τηε τυρνταβλε σπεεδ σοµεωηατ ινχονσιστεντ ανδ α⇑εχτ τηε φοχαλ λενγτη. Τηε συρφαχε χαν βε µαδε ρε⇓εχτιϖε τηρουγη χηεµιχαλ σιλϖερινγ, α τεχηνιθυε ποπυλαριζεδ βψ αµατευρ τελεσχοπε µακ− ερσ. Ψου χαν σηιπ ψουρ χυρεδ εποξψ το α σιλϖερ−πλατινγ χοµπανψ. Τηε πριχεσ συχη σηοπσ χηαργε ϖαρψ γρεατλψ, ρανγινγ φροµ α φεω δολλαρσ το αβουτ ∃70 περ σθυαρε φοοτ. Αλτερνατιϖελψ, ψου χαν δο ιτ ψουρ− ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΕΠΟΞΨ ΜΙΡΡΟΡ ισ χρεατεδ βψ σπιννινγ α µιξτυρε οφ ρεσιν ανδ ηαρδενερ ιν α πλαστιχ φοοδ στοραγε χονταινερ. Τηε ροτατιον χαυσεσ τηε συρφαχε οφ τηε λιθυιδ το τακε ον α χονχαϖε, παραβολ− σελφ. Πεαχοχκ Λαβορατοριεσ ιν Πηιλαδελ− πηια ο⇑ερσ τηε χηεµιχαλσ ανδ δεταιλεδ ινστρυχτιονσ, αλτηουγη τηε κιτσ µαψ βε µορε αππροπριατε το γρουπ προϕεχτσ. Εαχη κιτ σελλσ φορ ϕυστ υνδερ ∃300 ανδ προϖιδεσ ενουγη µατεριαλ το χοατ 300 το 500 σθυαρε φεετ οφ µιρρορ. Λικε επ− οξψ, τηεσε χηεµιχαλσ αρε σοµεωηατ νοξ− ιουσ, σο γλοϖεσ ανδ γοοδ ϖεντιλατιον αρε αγαιν ρεχοµµενδεδ. Τηε σινγλε µοστ ιµπορταντ ρεθυιρεµεντ ιν οβταινινγ α Συππλιερσ For epoxy: Custom Resin Systems 66 Main Street Carver, MA 02330 Emerson & Cuming 869 Washington Street Canton, MA 02021 For silver-plating chemicals: Peacock Laboratories 54th Street and Paschall Avenue Philadelphia, PA 19143 ιχ σηαπε. Ονχε χυρεδ, τηε εποξψ χαν βε µαδε ρε⇓εχτιϖε τηρουγη χηεµιχαλ σιλϖερινγ. Τηε σπεεδ οφ τηε τυρνταβλε δετερµινεσ τηε φοχαλ λενγτη: τηε φαστερ τηε ροτατιον, τηε σηορτερ τηε φοχυσ. γοοδ σιλϖερινγ ισ α χλεαν συρφαχε. Φολλοω τηε χλεανινγ ινστρυχτιονσ γιϖεν ιν τηε κιτ; ψου ωιλλ νεεδ διστιλλεδ ανδ δεµιν− εραλιζεδ ωατερ φορ τηε ⇒ναλ ρινσε. Νοτε τηατ σοµε εποξιεσ αρε εασιερ το σιλϖερπλατε τηαν οτηερσ. Ιφ ατ ⇒ρστ ψου δον∏τ συχχεεδ, τρψ ανοτηερ εποξψ. Οφ τηε τωο εποξιεσ ωε µεντιονεδ, τηε Στψχαστ ωασ τηε µοστ αµεναβλε. Ιφ ψου δο νοτ ωιση το τακε τηε τρουβλε οφ σιλϖερινγ, ψου χαν τρψ αλυµινιζεδ ταπε, ωηιχη ισ θυιτε ρε⇓εχτιϖε ανδ ισ εασψ το αππλψ. Ψουρ σιλϖερεδ εποξψ διση χαν σερϖε ασ τηε πριµαρψ µιρρορ ιν α Νεωτονιαν ρε⇓εχτορ τελεσχοπε. Ψου ωιλλ νεεδ α σµαλλ, ⇓ατ σεχονδαρψ µιρρορ το ανγλε τηε λιγητ ραψσ ουτ οφ τηε τυβε. Τηε ιµ− αγεσ φορµεδ βψ τηε σπυν µιρρορ αρε ρεασοναβλψ γοοδ, αλτηουγη αν αµατευρ τελεσχοπε µακερ ωουλδ ⇒νδ τηεµ βαρε− λψ αχχεπταβλε. Τηε σπυν µιρρορ ωορκσ βεττερ ασ αν ινφραρεδ λιγητ χολλεχτορ. Ωιτη α µοδερατελψ σιζεδ σπυν µιρρορ ποιντεδ ατ τηε συν, παπερ ορ ωοοδ χαν βε ιγνιτεδ ινσταντλψ ατ τηε φοχαλ ποιντ. Ψου χαν ρεχορδ ινφραρεδ ιµαγεσ βψ χου− πλινγ τηε σψστεµ το αν ινφραρεδ χαµερα [σεε Σεεινγ Ινφραρεδ, βψ ∆οναλδ Γ. Μοονεψ, Τηε Αµατευρ Σχιεντιστ; ΣΧΙ− ΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ, Μαρχη 1992] ορ το αν ορδιναρψ χαµερα ωιτη ινφραρεδ ⇒λµ. Τηε σπυν−µιρρορ τεχηνιθυε λενδσ ιτ− σελφ το σεϖεραλ ϖαριατιονσ. Ψου χαν χρε− ατε αν ο⇑−αξισ παραβολιχ µιρρορ βψ πλαχινγ τηε χονταινερ σλιγητλψ ο⇑ τηε χεντερ οφ τηε τυρνταβλε πλαττερ. Τηε ρε− συλτ ισ α µιρρορ τηατ ισ σενσιτιϖε το µι− χροωαϖε ραδιατιον. Ματεριαλσ οτηερ τηαν εποξψ, ινχλυδινγ υρετηανεσ, αχρψλιχσ ανδ σιλιχονε χοµπουνδσ, χαν ψιελδ γοοδ παραβολιχ συρφαχεσ ασ ωελλ. Το ϖαρψ τηε φοχαλ λενγτη, σλοω δοων τηε τυρνταβλε ορ εξπεριµεντ ωιτη οτηερ τψπεσ οφ ροτα− τιοναλ δεϖιχεσ. ΦΥΡΤΗΕΡ ΡΕΑ∆ΙΝΓ ΑΜΑΤΕΥΡ ΤΕΛΕΣΧΟΠΕ ΜΑΚΙΝΓ. Φουρτη εδιτιον. Αλβερτ Γ. Ινγαλλσ. Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν Πυβλισηινγ Χοµπανψ, 1935. ΠΡΟΧΕ∆ΥΡΕΣ ΙΝ ΕΞΠΕΡΙΜΕΝΤΑΛ ΠΗΨΣΙΧΣ. ϑοην ∆. Στρονγ. Πρεντιχε−Ηαλλ, 1938. ΟΠΤΙΧΑΛ ΣΗΟΠ ΤΕΣΤΙΝΓ. Εδιτεδ βψ ∆. Μαλαχαρα. ϑοην Ωιλεψ & Σονσ, 1992. ΛΑΡΓΕ ΟΦΦ−ΑΞΙΣ ΕΠΟΞΨ ΠΑΡΑΒΟΛΟΙ∆Σ ΦΟΡ ΜΙΛΛΙΜΕΤΡΙΧ ΤΕΛΕΣΧΟΠΕΣ ΑΝ∆ ΟΠΤΙ− ΧΑΛ ΛΙΓΗΤ ΧΟΛΛΕΧΤΟΡΣ. ∆οναλδ Λ. Αλ− ϖαρεζ, Μαρκ ∆ραγοϖαν ανδ Γιλεσ Νοϖακ ιν Ρεϖιεω οφ Σχιεντιφιχ Ινστρυµεντσ, ςολ. 64, Νο. 1, παγεσ 261∠262; ϑανυαρψ 1993. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. 117 ΒΟΟΚ ΡΕςΙΕΩΣ Ολδ Βλυε Εψεσ ΤΡΙΛΟΒΙΤΕΣ, βψ Ριχχαρδο Λεϖι−Σεττι. Σεχ− ονδ εδιτιον. Υνιϖερσιτψ οφ Χηιχαγο Πρεσσ, 1993 (∃45). Ι τ ισ νεαρλψ 20 ψεαρσ σινχε τηισ βοοκ ⇒ρστ αππεαρεδ. Ιτ τηεν βορε τηε συβ− τιτλε: Α Πηοτογραπηιχ Ατλασ. Μοστ παγεσ σηοω ιν τηριλλινγ βλαχκ−ανδ−ωηιτε ιµαγεσ τηε ινδελιβλε φορµσ οφ τρι⇒δ χρεατυρεσ, σαµπλεδ βψ χηανχε φροµ αν− χιεντ σηαλλοω σεασ, ωηετηερ σινγλε ορ ιν ηεαπσ, µολτεδ χαραπαχεσ ορ εντιρε λιτ− τλε βεαστσ. Σοµε αρε εψελεσσ; µοστ αρε Αργυσ−εψεδ. Σοµε αρε σηοων βψ ξ−ραψ ορ υνδερ τηε ΣΕΜ. Αλλ αρε ρελιχσ οφ αν αβυνδαντ, χοµπλεξ ανδ ενδυρινγ κινδ οφ λιφε. Τηε βυλκ οφ τηε πηοτογραπησ αρε τηε αυτηορ∏σ οων, αλτηουγη ηε ηασ βεεν ηελπεδ γλοριουσλψ βψ ηισ χολλεχτορ φριενδσ. (Τηε οριγιναλ συρφαχε χολορσ αρε λοστ; τηε βριγητ ψελλοωσ ανδ ρεδσ ρε− πορτεδ φορ σοµε σπεχιµενσ αρε ονλψ χοατινγσ οφ ιρον µινεραλσ.) Ιν 1975 τηισ ρεϖιεωερ ωασ ωον βψ τηε ωηολε σπεχταχλε ανδ ωροτε τηατ τηε βοοκ ωασ αβοϖε αλλ το δελιγητ τηε εψε. Ιν τηισ νεω εδιτιον τηε συβτιτλε ηασ γονε, βυτ δελιγητ ισ ενηανχεδ; τηερε αρε ηαλφ αγαιν ασ µανψ πλατεσ ασ βεφορε. Μανψ οφ βψ Πηιλιπ Μορρισον τηεµ αρε ρεχεντ Μοροχχαν ⇒νδσ, βριλ− λιαντ ωιτη δεταιλ δισχλοσεδ βψ µοδερν αιρ−αβρασιϖε τεχηνιθυεσ οφ πρεπαρατιον. Προφεσσορ Λεϖι−Σεττι ισ βοτη αν αχτιϖε εξπεριµενταλ πηψσιχιστ ανδ α λοϖερ οφ τριλοβιτεσ. Ιν τηε εαρλψ εδιτιον ηε αν− νουνχεδ ηισ ρεµαρκαβλε ⇒νδινγ: εαχη οφ τηε µυλτιπλε εψεσ οφ χερταιν τριλοβιτεσ χονταινσ α τινψ οπτιχαλ χορρεχτιον πλατε, ιτσ σεχτιον σηαπεδ λικε αν Ασιαν χοµ− πουνδ βοω. Τηατ παρτιχυλαρ φουρτη−ορ− δερ χυρϖε ωασ ⇒ρστ χοµπυτεδ βψ ∆εσ− χαρτεσ ανδ βψ Ηυψγενσ χεντυριεσ βαχκ, ιν τοταλ ιγνορανχε οφ τριλοβιτεσ βυτ ιν αν εαγερνεσσ το χορρεχτ τηε ιντρινσιχ φοχυσ− ινγ ερρορσ φορ φαστ λενσεσ ωιτη σπηερι− χαλ συρφαχεσ. Τηε ε⇑εχτ ισ α χοντραστ ιν− χρεασε οφ αβουτ ⇒ϖεφολδ. Τηε τριλοβιτεσ εϖολϖεδ ϕυστ τηε ριγητ χορρεχτορσ. Τηε χυρϖεσ νοω µεασυρεδ ιν τηοσε µινυσχυλε φοσσιλ εψεσ ηαϖε τηε νεεδεδ φορµ, ανδ βενδ ϕυστ ασ τηεψ σηουλδ, το ⇒τ τηε ρεφραχτιϖε ινδεξ οφ τηε οπτιχαλ µατεριαλσ∇χαλχιτε φορ τηε ουτερ χορνεαλικε συρφαχε ανδ προτειν−λοαδεδ χηιτιν φορ τηε ιννερ χορρεχτορ. Βοτη µα− τεριαλσ αρε δεσιγνεδ το ωορκ ιν α ωατερψ µεδιυµ. Ιτ ωασ τηατ εαρλψ βιοχηεµιχαλ πατεντ, τηε αβιλιτψ το λοαδ τηειρ τουγη χηιτιν ιντεγυµεντ ωιτη ηαρδ χαλχιτε χρψσ− ταλσ, τηατ µαδε τηε τριλοβιτεσ τηε ⇒ρστ ΛΑΡΓΕ ΧΟΜΠΟΣΙΤΕ ΕΨΕΣ αλλοωεδ τριλοβιτεσ το σεε τηειρ ιµµεδιατε ενϖιρονµεντ. Τηισ φεατ µαρκσ τηε ⇒ρστ υσε οφ οπτιχσ χουπλεδ ωιτη σενσορψ περχεπτιον ιν νατυρε. Σηοων ισ α Τραϖεροπψγε σπεχιεσ, ωιτη προµινεντ εψεσ, φροµ ∆εϖονιαν δεποσιτσ ιν Μοροχχο. ( Τηε σπεχιµεν ισ τηρεε τιµεσ αχτυαλ σιζε.) 118 χοµµον ηαρδ−σηελλεδ ανιµαλσ. Ηενχε, τηειρ χονσπιχυουσ µαρκ ιν τηε ροχκσ φροµ τηε εαρλψ Χαµβριαν το τηε τιµε οφ τηε ρεπτιλεσ, 300 µιλλιον ψεαρσ λατερ. Τηισ πηψσιχιστ ωιτη α γεολογιστ∏σ ηαµ− µερ ϕοψφυλλψ ρεπορτσ αν αµαζινγ νεω ρεσυλτ. Γενετιχ δεσιγν οφ φαστ λενσεσ διδ νοτ ενδ ωιτη τηε λαστ οφ τηε τριλοβιτε στοχκ. Μαρινε βιολογιστσ ηαϖε φουνδ ιν τηε χολδ Ανταρχτιχ ωατερσ α νυµβερ οφ λιϖινγ σπεχιεσ οφ ισοποδσ, σµαλλ χρυσ− ταχεανσ τηατ αλσο σπορτ ∆εσχαρτεσ−Ηυψ− γενσ χορρεχτιον πλατεσ βεηινδ εαχη ονε οφ τηειρ χοµπουνδ εψεσ. Τηε ωηολε αν− ιµαλ, νο χλοσε ρελατιϖε οφ τηε τριλοβιτε, ρατηερ ρεσεµβλεσ ονε. Ωιτνεσσ τηε φαχτ τηατ τηε δισχοϖερερ οφ τηε ⇒ρστ οφ τηεσε, ϑαµεσ Ειγητσ, χολλεχτινγ ιν τηε Σουτη Σηετλανδσ ιν τηε 1830σ, ναµεδ ηισ ισο− ποδ Βρονγνιαρτια τριλοβιτοιδεσ. Λεϖι−Σεττι ηασ λοοκεδ φορ χαλχιτε ωιτη− ιν τηοσε εψεσ; ιτ ισ αβσεντ. Τηε οπτιχαλ µατεριαλσ οφ τηεσε µορε µοδερν εψεσ αρε ασ προτειναχεουσ ασ ουρ οων. Βυτ τηε ταλε ισ ριχηερ ψετ. Τηε φαµιλιαρ (ανδ δελιχιουσ) σχαλλοπ σωιµσ ⇓εετλψ, ιτσ τωο ϖαλϖεσ α⇓υττερ. Ιν εϖερψ σχαλλοπ∏σ µαν− τλε, 50 ορ 60 σιµπλε εψεσ αρε εµβεδδεδ, λικε σο µανψ διµινυτιϖε, βριγητ σαπ− πηιρεσ. Τηε σχαλλοπ σεεσ ωιτη τοπ−δραω− ερ φαστ οπτιχσ, ατ α ηαρδ−το−µατχη φ−νυµ− βερ οφ αβουτ 0.6! Ιτσ εψε ισ α χορρεχτεδ χαταδιοπτριχ χαµερα, σοµετηινγ σιµιλαρ το α Σχηµιδτ χαµερα. Α ρεχυρϖεδ Ηυψ− γενσιαν εξτερναλ χορρεχτινγ λενσ φεεδσ τηρουγη αν ιρισ ιντο αν ιντερφεροµετριχ σπηεριχαλ µιρρορ ωιτηιν, µαδε οφ σπαχεδ λαψερσ οφ γυανινε χρψσταλσ. Τηε µιρρορ ιµαγε ισ φοχυσεδ ον α χλοσε παιρ οφ χον− χεντριχ σπηεριχαλ ρετιναλ συρφαχεσ. Ονε οφ τηε ρετινασ ρεσπονδσ ονλψ το αν ο⇑ σιγναλ; τηε οτηερ, ονλψ το αν ον. Τηισ δεδιχατεδ δετεχτορ γιϖεσ τηε σχαλλοπ εξ− τραορδιναρψ σενσιτιϖιτψ το ανψ διµµινγ οφ αµβιεντ λιγητ βψ α πρεδατορ∏σ µοϖ− ινγ σηαδοω. Τηε χορρεχτεδ οπτιχσ δοεσ νοτ χοντριβυτε το ανψ ωελλ−φορµεδ οϖερ− αλλ ιµαγε. Ρατηερ ιτσ χονχεντρατεδ λιγητ σποτ προϖιδεσ α ηιγη σιγναλ−το−νοισε ρα− τιο φορ πηοτοµετρψ ιν διµ λιγητ. Προβα− βλψ τηε χοµπυτινγ ποωερ οφ τηεσε σµαλλ βραινσ ισ τοο σµαλλ το ϕυστιφψ δεταιλεδ ιµαγινγ βυτ ισ θυιτε ενουγη το ρεπαψ χλοσε αττεντιον το µοϖινγ σηαδοωσ. Τηε ωαρψ σχαλλοπ ισ ωιδελψ κνοων φορ ιτσ βριγητ βλυε εψεσ. Νατυραλιστ Ειγητσ αλσο χοµµεντεδ ον ηισ ισοποδ∏σ εψεσ: τηεψ ωερε ελεϖατεδ ανδ προµινεντ . . . αν ιν⇒νιτε νυµβερ οφ φαχετσ, διστινχτλψ ϖισιβλε το τηε νακεδ εψε: χολορ βλυε. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. Ωηατ χολορ δο ψου συπποσε τηε χορρεχτ− εδ φαστ εψεσ οφ τριλοβιτεσ ωερε? Τηε χονϕεχτυρε ισ ιρρεσιστιβλε. Τηε πηψσιχιστ ηασ γιϖεν ηισ χολλεχτινγ σελφ α µοστ πρεχιουσ γιφτ, εϖιδενχε φορ τηε λιϖ− ινγ χολορ οφ τυρρετεδ εψεσ λονγ τυρνεδ το στονε. Α ρεαδερ σηαρεσ τηατ γιφτ, ανδ µανψ ανοτηερ, λικε τηε τρανσιεντ µατχη βετωεεν τηε γιαντ τριλοβιτεσ οφ Νεω− φουνδλανδ ανδ τηοσε οφ τηε Αντι−Ατλασ Μουνταινσ οϖερσεασ, α πυλσε οφ εϖολυ− τιοναρψ χηανγε ωηιλε χοντινεντσ ρεχεδε. Ωηατ∏σ ιν Στορε ΝΥΧΛΕΑΡ ΡΕΝΕΩΑΛ: ΧΟΜΜΟΝ ΣΕΝΣΕ ΑΒΟΥΤ ΕΝΕΡΓΨ, βψ Ριχηαρδ Ρηοδεσ. ςικινγ Πενγυιν, 1993 (∃17.50). Τ ηισ τραϖελερ ισ ινφορµεδ ανδ αρ− τιχυλατε, ηισ εψε ον τηε τελλινγ δε− ταιλ. Α σηιελδεδ ροβοτ−τρανσφερ χασκ, παιντεδ βριγητ ρεδ, σωαλλοωσ α χαννεδ ραδιοαχτιϖε βλαχκ γλασσ σλυγ, αβουτ τηε σιζε οφ α σηοτ γλασσ, ανδ µοϖεσ ιτ ο⇑ το τηε στοραγε ηαλλ, ωιτηουτ εξχιτινγ τηε µονιτορ τηατ χλιχκσ αωαψ ατ βαχκγρουνδ ρατε. Τηε ωιδε στοραγε ⇓οορ, ασ Χαρτεσιαν ασ ιτσ πλαννερσ, ισ παττερνεδ ωιτη ρεδ ανδ γρεεν µαν− ηολε−σιζε χονχρετε πλυγσ, εαχη σεαλινγ ονε δεεπ βορεηολε ωηερειν ϖιτρι⇒εδ ηιγη−λεϖελ νυχλεαρ ωαστε ισ βυριεδ. Τηισ τεστ σιτε στορεσ τηε ρεδυχεδ ωαστεσ φροµ τηε ⇒ρστ δεχαδε οφ Φρενχη ρεαχτορσ; α σινγλε ϖιτρι⇒εδ σλυγ ηολδσ αλλ τηε ⇒σσιον προδυχτ (λονγ−λιϖεδ πλυτονιυµ ισ ρε− µοϖεδ ) οφ α λιφετιµε οφ νυχλεαρ ελεχτριχ ποωερ φορ α Φρενχη φαµιλψ οφ φουρ. Α µυχη λαργερ περµανεντ στοραγε σιτε ηασ ϕυστ βεεν οπενεδ οϖερλοοκινγ τηε Ενγλιση Χηαννελ. Τηε Φρενχη, ατ λεαστ, κνοω ηοω το στορε νυχλεαρ ωαστε οϖερ τηε χεντυριεσ οφ ιτσ δεχαψ τιµε, τηουγη νοτ ον τηε χηεαπ. Ρηοδεσ ϖισιτσ νεξτ ονε οφ τηε χλυστερ οφ 15 ποωερ ρεαχτορσ τηατ δοτ τηε λιττλε βαψσ οφ ωεστερν ϑαπαν. Ηε δονσ α ψελ− λοω ηαρδ ηατ ανδ εντερσ, σεττινγ ο⇑ τηε εντρψ αλαρµσ. Τηε Αµεριχαν ϖισιτορ ατ 190 πουνδσ ισ τοο µυχη φορ τηε ωειγητ− σενσιτιϖε τριγγερ µεαντ το δισχλοσε α σεχονδ εντραντ σνεακινγ παστ ον α σιν− γλε λεγιτιµατε πασσ χαρδ. Τηε αχχουντ εϖοκεσ τηε χυλτυρε οφ ϑαπανεσε ινδυσ− τρψ, τηατ τιρελεσσ αττεντιον το δεταιλ τηατ παψσ ο⇑ ιν τηε τουχηψ τασκ οφ γενερατ− ινγ ⇒σσιον ποωερ. Τηε ρεαχτορ βυιλδινγ ισ σποτλεσσ, εϖ− ερψωηερε χολορ χοδεσ ανδ λαβελσ. Α πριντουτ οφ περσοναλ ραδιατιον δοσαγε γιϖεν µοντηλψ το εϖερψ εµπλοψεε σηοωσ αν αϖεραγε εξποσυρε τηατ δεχλινεσ ψεαρ βψ ψεαρ εϖεν ασ τηε νυµβερ οφ ρεαχτορσ δουβλεσ. Ηιγη µοραλε ανδ ηιγη τραιν− 120 ινγ, σχρυπυλουσ µαιντενανχε ανδ δισχι− πλινεδ µαναγεµεντ αλλοω οπερατιον οφ ϑαπανεσε ρεαχτορσ οφ Αµεριχαν δεσιγν ωιτη ονλψ ονε τεντη ασ µανψ υνπλαννεδ σηυτδοωνσ ασ ιν τηε λεσσ εχονοµιχαλ Αµεριχαν εξπεριενχε. Τηε Υ.Σ. ηασ µορε τηαν 100 ποωερ ρεαχτορσ. Τηεψ προϖιδε α ⇒φτη οφ ουρ ελεχτριχ ποωερ, τωιχε τηε σηαρε προϖιδ− εδ βψ ηψδροποωερ. Νοτ ονε νεω ρεαχ− τορ ηασ βεεν ορδερεδ φορ υσε ιν τηε Υ.Σ. σινχε 1978, αλτηουγη µοστ οφ τηε ηυν− δρεδσ οφ ποωερ ρεαχτορσ οϖερσεασ αρε οφ Αµεριχαν δεσιγν. Οφ τηε οτηερ µαϕορ υσερσ οφ ⇒σσιον ποωερ, τηε φορµερ Σοϖι− ετ στατεσ οπερατε Σοϖιετ δεσιγνσ, σοµε οφ ωηιχη, λικε τηε ρεαχτορσ ατ Χηερνο− βψλ, χουλδ νοτ εϖεν βε λιχενσεδ ιν Αµερ− ιχα βεχαυσε οφ δεσιγν δε⇒χιενχιεσ; µοστ ρελεϖαντ ισ τηειρ λαχκ οφ χονταινµεντ ϖεσσελσ. Ιν βοτη Φρανχε ανδ ϑαπαν, ασ τηε σαψινγ γοεσ, τηεψ ηαδ νο χοαλ, νο οιλ, νο γασ, νο χηοιχε. Φρενχη ελεχτριχ ποωερ ισ νοω τηρεε θυαρτερσ νυχλεαρ, ϑαπαν∏σ, αβουτ 27 περχεντ. Συχχεσσφυλλψ οπερατινγ ιµπροϖεδ ϖερσιονσ οφ λιχενσεδ Αµεριχαν δεσιγνσ, τηοσε τωο νατιοναλ σψστεµσ µακε πλαιν τηατ ρεαχτορ τψπε δοεσ νοτ φυλλψ δετερµινε ειτηερ εχονο− µψ ορ σαφετψ. Τηε πρεϖαλεντ ϕυδγµεντ τηατ Αµερι− χαν µανυφαχτυρερσ αφτερ 1960 ρατηερ ρασηλψ σχαλεδ υπ ναϖαλ ρεαχτορ δεσιγν βψ 10−φολδ ιν ποωερ δυρινγ ονλψ α φεω ψεαρσ∏ τιµε σεεµσ ϖαλιδ. Α βανδωαγον βεγαν το ρολλ βεφορε δεσιγν εξπεριενχε µατυρεδ. Βυτ δεσιγν ισ νοτ ωηερε µοστ τρουβλε αροσε. Οφτεν οπερατινγ υτιλιτιεσ ωερε νοτ υπ το τηειρ τασκσ. Ιφ µαναγε− µεντ δοεσν∏τ παψ αττεντιον, τηεν ψου ενδ υπ ωιτη πεοπλε σλεεπινγ ατ τηε χον− τρολσ, ονε Αµεριχαν χριτιχ χονχλυδεσ. Ωηεν ινστεαδ ιτ ωασ α βολδ Σοϖιετ αβσο− λυτισµ τηατ ηελδ σωαψ∇Ρεαχτορσ αρε ρεγυλαρ φυρναχεσ, ανδ τηε οπερατορσ ωηο ρυν τηεµ αρε στοκερσ, σαιδ ονε ηιγη ο⇔χιαλ∇τηε ρεσυλτ ωασ ωορσε στιλλ ιν βοτη δεσιγν ανδ οπερατιον. Τηε Πριπψατ ςαλλεψ ωουλδ ηαϖε βεεν βεττερ ο⇑ ηαδ τηε Χηερνοβψλ οπερατορσ βεεν ασλεεπ ρατηερ τηαν ηαρδ ατ ωορκ ον τηειρ ιλλ− χονσιδερεδ ποστµιδνιγητ εξπεριµεντ. Χερταινλψ τηερε αρε δουβτσ νοτ αδ− δρεσσεδ ηερε. Αρε νεω ρεαχτορ δεσιγνσ µανιφεστλψ σαφε αγαινστ αχχιδεντ? Ωηεν ωιλλ ωε ηαϖε φυλλ χον⇒δενχε ιν τηε λοω πυβλιχ ηεαλτη ρισκσ οφ λοω−λεϖελ δοσεσ οφ ⇒σσιον προδυχτσ? Τηε Μανηατταν Προϕ− εχτ µαδε εµβρψονιχ νυχλεαρ ωαρ ωιτη λεσσ τηαν 6,000 τονσ οφ υρανιυµ ιν σιγητ. Νοω τηε ωορλδ µινεσ αννυαλλψ φουρ ορ ⇒ϖε τιµεσ τηατ τοταλ: τηε πριχε ισ λοω, ανδ τηε ρεσερϖεσ αρε λαργε. Ωηεν ωιλλ ωε νεεδ τηε χλεϖερ Ιντεγραλ Φαστ Ρε− αχτορ οφ Αργοννε τηατ βυρνσ υπ υρανι− υµ σο χοµπλετελψ ανδ χονταινσ ωιτηιν ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ιτσελφ βοτη ιτσ ⇒σσιον προδυχτσ ανδ ιτσ πλυτονιυµ? Χαν ωε εξπεχτ ινστεαδ αν α⇑ορδαβλε λαργε−σχαλε σουρχε οφ σολαρ ποωερ, σαψ, σιλιχον πηοτοϖολταιχσ ωιτη τηε τοταλ αρεα οφ µανψ χουντιεσ? Ρηοδεσ ηασ µαδε α χονχισε ανδ ατ− τραχτιϖε χασε φορ α νεω βεγιννινγ ωιτη ⇒σσιον ποωερ. Τηε ρεαλ ωορλδ . . . νεεδσ µορε ενεργψ, ωιτη λεσσ οφ τηε γρεεν− ηουσε γασεσ. Α σιµπλερ, ενεργψ−ποορ ωορλδ ισ νοτ α σολυτιον; ρατηερ ιτ ισ νε− γλεχτ οφ τηε ρεσουρχε−ποορ µαϕοριτψ οφ ουρ φελλοω ηυµανσ. Φρυγαλιτψ ισ νοτ τηε σαµε ασ α⇐υεντ ινδι⇑ερενχε το τηε ωελλ−βεινγ οφ οτηερσ. Περηαπσ Ενριχο Φερµι ωασ ριγητ ωηεν ηε µυσεδ ονχε τηατ ωηατεϖερ τηε δε− σιγνσ ανδ πρεχαυτιονσ, περηαπσ πεοπλε σιµπλψ χαννοτ αχχεπτ τηε ωιδεσπρεαδ πρεσενχε οφ στορεσ οφ ραδιοαχτιϖιτψ, εαχη λικε 100 τονσ οφ Μαριε Χυριε∏σ γλοωινγ ραδιυµ. Βυτ ωε ωιλλ συρελψ γαιν φροµ σε− ριουσλψ ρενεωεδ δισχυσσιον. Μολεχυλεσ ανδ Ρεαχτιονσ ΤΗΕ ΝΟΡΤΟΝ ΗΙΣΤΟΡΨ ΟΦ ΧΗΕΜΙΣΤΡΨ, βψ Ωιλλιαµ Η. Βροχκ. Ω. Ω. Νορτον & Χοµπανψ, 1993 (∃35; παπερβουνδ, ∃15.95). SCIENTIFIC AMERICAN Cumulative Index on Computer Disk FOR MORE INFORMATION CALL (212) 754-0597 415 Madison Avenue New York, NY 10017-1111 Please send me ______ copies of SciDex ®, the Scientific American electronic index from May 1948 to June 1992 at $49.95. Add $5.00 for domestic shipping and handling.* Corporate orders accepted if accompanied by authorized purchase order. Allow 4 to 6 weeks for delivery. Be sure to select version and disk format below. Name _______________________________________ Organization __________________________________ Address ______________________________________ City __________________________ State __________ Zip ___________ Fax: ( Tel: ( ) ___________________ ) ________________________ Please Ship: ■ Macintosh® ■ Windows™ ■ MS-DOS ® version as ■ 3- 1/2″ DS/HD, ■ 3- 1/2″ DS/DD (Not available for Windows™ ) ■ My check/money order is enclosed for $ _____ Charge my ■ VISA ■ MasterCard ■ ACCESS ■ EuroCard Exp. Date _______ Card No. ___________________________________ Signature __________________________________ *Add applicable sales tax for IA, IL, MA, MI, CA, NY, PA. In Canada, add $3.50 for GST (No. R127387652). SD22 Outside the U.S. remit $49.95 in U.S. funds drawn on a U.S. bank or by credit card and add $5.00 for surface delivery and handling or check here ■ and add $15 for air delivery and handling. International and Domestic Credit Card orders accepted by fax (212) 980-8175. __________________ Copyright 1995 Scientific American, Inc. ________________________________ __________________________________ ___________________ ✄ Τ ηισ ωελχοµε, χηυνκψ λιττλε ϖολ− υµε ωασ πυβλισηεδ ιν 1992 βψ α Λονδον ⇒ρµ, ανδ τηε εντιρε σε− ριεσ οφ 10 σχιενχε ηιστοριεσ, οφ ωηιχη ιτ ισ τηε σεχονδ, ωιλλ αππεαρ ιν τηε Υ.Σ. υνδερ τηε Νορτον ιµπριντ. ∆ρ. Βροχκ στυδιεδ χηεµιστρψ ιν Λονδον βεφορε ηε τυρνεδ το ηιστοριογραπηψ; τηισ τηουγητ− φυλ ανδ λιϖελψ οϖερϖιεω ισ ηισ λατεστ αµονγ ηαλφ α δοζεν µορε σπεχιαλιζεδ στυδιεσ. Μοστ οφ τηε βοοκ ισ νοντεχηνι− χαλ; ηε ινχλυδεσ ηυµαν ιντερεστ ενουγη το προπελ τηε νον−χηεµιχαλ ρεαδερ το− ωαρδ τηε ⇒ναλ παγεσ. Ανψονε ωηο ρε− χαλλσ ηιγη σχηοολ χηεµιστρψ ενουγη το ρεαδ α στρινγ οφ χηεµιχαλ εθυατιονσ (ηαρδλψ ανψ αλγεβραιχ ονεσ), το ρεχογ− νιζε συχη τερµσ οφ αρτ ασ ιονσ, ισοµερσ ανδ λιγανδσ ανδ το γρασπ µοδεστ στρυχ− τυραλ φορµυλασ ωιλλ τραϖελ α σµοοτη πατη, ιφ ηερε ανδ τηερε α ρατηερ στεεπ ονε. Χηεµιστρψ, Βροχκ σαψσ, δεαλσ ωιτη τηε προπερτιεσ ανδ ρεαχτιονσ οφ δι⇑ερ− εντ κινδσ οφ µαττερ. Α λιτεραλ ρεαδινγ οφ τηατ πηρασε ωουλδ σετ αν ιµποσσιβλε τασκ. Ιν φαχτ, τηισ φρεση ανδ θυιτε χοµ− πρεηενσιϖε βοοκ δοεσ νοτ τρεατ σο βροαδ α σωατη αχροσσ σχιενχε. Ιτσ 16 χηαπτερσ αρε νιχελψ οργανιζεδ βψ τηεµε, σοµε ρεστριχτεδ ιν τιµε, οτηερσ εξτενδινγ αχροσσ α χεντυρψ ορ τωο. Τηισ ισ τηε ηισ− τορψ οφ λαβορατορψ σψντηεσισ ανδ αναλψ− σισ, οφ στρυχτυρεσ ανδ ρεαχτιον µεχηα− νισµσ, οφ ραδιχαλσ, ϖαλενχεσ, χοµπλεξεσ, ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 121 οφ Μενδελεεϖ∏σ περιοδιχ σψστεµ, οφ πυρε ρεαγεντσ, ηανδσ−ον τεαχηινγ, πυβλιση− ινγ ρεσυλτσ, εϖεν οφ οργανιζινγ ρεσεαρχη τεαµσ. Α ρεαδερ σεεσ τηισ ηιστορψ ασ ονε δε− ⇒νεδ βψ α λιϖινγ προφεσσιον ανδ ιτσ χελ− εβρατεδ ισσυεσ ανδ λεαδερσ. Ιτ δοεσ νοτ µυχη τρεατ βιοχηεµιστρψ, µολεχυλαρ βιολογψ, µεταλλυργψ ορ ατοµιχ πηψσιχσ, ωηατεϖερ τηοσε δισχιπλινεσ µαψ σαψ αβουτ προπερτιεσ ανδ ρεαχτιονσ. Αµονγ αλλ 700 οφ τηεσε ρατηερ σµαλλ παγεσ, ατ µοστ α φεω λινεσ σπεακ οφ ενζψµεσ ανδ ∆ΝΑ. Θυαντυµ χηεµιστρψ ισ χερταινλψ πρεσεντ; ιτ ισ ελεχτρονιχ χηαργε χλουδσ ιν χλυστερεδ ατοµσ τηατ ρεταιν τηε φορµσ ανδ µακε τηε µοϖεσ χηεµιστσ ηαϖε εν− ϖισιονεδ ανδ χονστρυχτεδ σινχε τηε 20τη χεντυρψ βεγαν. Τηε εντιρε ταλε ισ ιµβυεδ ωιτη τηε ριχη ⇓αϖορσ οφ µατερι− αλ ανδ ιντελλεχτυαλ διϖερσιτψ, σο διστινχτ φροµ τηε ναρροωνεσσ οφ µυχη οφ πηψσ− ιχσ, φορ τηεορετιχαλ χηεµιστρψ ισ στιλλ α θυιρκψ εµπιριχαλ σχιενχε βασεδ υπον α Σχηρδινγερ εθυατιον τηατ χαν ηαρδλψ εϖερ βε σολϖεδ. Αππλιεδ χηεµιστρψ ισ ηερε, βοτη ιν τηε γιαντ ινδυστριεσ οφ τηε χηεµιχαλ εν− γινεερσ ανδ ιν τηε εµπιριχαλ τεχηνολο− γιεσ οφ ολδ ανδ συβτλε χραφτσ. Τηοσε µεν ανδ ωοµεν ωηο ωερε µεταλλυργιστσ, βρεωερσ, δψερσ, χαλχινερσ ανδ πηαρµα− χιστσ αρε νοτ φοργοττεν. Τηειρ ϖεσσελσ, στιλλσ ανδ φυρναχεσ δρεω ιν πηιλοσο− πηερσ Εαστ ανδ Ωεστ, φροµ τηε Ταοιστσ το Νεωτον ηιµσελφ. Τηατ λονγ αρχανε σψµβιοσισ βρουγητ υσ µυχη τηατ λαστσ, φροµ χηεµιχαλ τερµσ ανδ σψµβολισµ το πηοσπηορυσ ανδ γυνποωδερ, εϖεν ιφ τηε σπιριτυαλ θυεστ τηατ ωουλδ περφεχτ γολδ ανδ τηε σουλ τογετηερ νοω σεεµσ λεσσ τηαν συχχεσσφυλ. Ιν ενγινεερ ςαννοχχιο Βιρινγυχχιο∏σ ωονδερφυλ λιττλε τρεατισε οφ 1540 ον µεταλσ, ωεαπονσ ανδ ωατερποωερ, ηε δραωσ φροµ εξπεριενχε τηε χονχλυσιον τηατ ωουλδ βυρψ αλχηεµψ: Ι χουλδ στιλλ δισχουρσε χονχερνινγ τηε αρτ οφ τρανσ− µυτατιον, ορ αλχηεµψ . . . βυτ Ι αµ δραων . . . το φολλοω τηε πατη οφ µινινγ µορε ωιλλινγλψ . . . εϖεν τηουγη µινινγ ισ α ηαρδερ τασκ, βοτη πηψσιχαλ ανδ µεν− ταλ, ισ µορε εξπενσιϖε, ανδ προµισεσ λεσσ . . . ; ιτ ηασ ασ ιτσ σχοπε . . . σεεινγ ωηατ ρεαλλψ εξιστσ ρατηερ τηαν ωηατ ονε τηινκσ εξιστσ. Γιϖεν τηε χοµπλεξιτψ οφ πραχτιχε ανδ τηε οβσχυριτψ οφ αµβιτιουσ πηιλοσο− πηερσ, τηε ρισε οφ µοδερν χηεµιστρψ φροµ τηε 16τη χεντυρψ ωασ σλοω. Ιν− σπιρεδ ανδ ιν⇓υεντιαλ µεδιχαλ τηινκερσ, συχη ασ ϑοαννεσ Βαπτιστα ϖαν Ηελµοντ, λεδ τηε ωαψ. Τηατ ϖαν Ηελµοντ ωασ δε− νουνχεδ ασ ηερετιχαλ φορ ηισ αδϖοχαχψ οφ ωεαπον σαλϖε∇τρεατινγ τηε ωεαπον ινστεαδ οφ τηε ωουνδ∇προϖιδεσ συπ− 122 πορτ φορ τηε ηιστοριαν∏σ ρεφυσαλ το αχ− χεπτ τηε ναιϖε ταλε οφ σιµπλε προγρεσσ τηατ ενδσ ιν ουρ οων ⇓αωλεσσνεσσ. ςαν Ηελµοντ∏σ οων βενχηωορκ σηοωεδ ηιµ µανψ αιρλικε συβστανχεσ ηε χαλλεδ γασεσ, εϖεν ινϖεντινγ τηε γενεραλιζινγ ωορδ φροµ α Γρεεκ τερµ φορ χηαοσ. Ονε οφ ηισ δισχιπλεσ σαω ιν τηε ηιδδεν προχεσσεσ οφ διγεστιον τηε δυαλιτψ οφ αχιδ ανδ αλ− καλι (βιλε), στιλλ α µαιν χηεµιχαλ τηεµε. Βυτ ιτ ισ πυριτψ, αλονγ ωιτη ιτσ παρτιχυ− λατε ιµπλιχατιονσ, τηατ ισ τηε φυνδα− µενταλ χονχεπτ οφ χηεµιστρψ. Αλτηουγη Αντοινε−Λαυρεντ Λαϖοισιερ ωασ ⇒ρστ το δε⇒νε α πυρε συβστανχε σηαρπλψ, τηε ασ− σαψερσ ανδ τηε πηαρµαχιστσ ηαδ λονγ ρεχογνιζεδ τηε ιδεα. Τηε νουν ανδ ϖερβ τεστ ιτσελφ χοµεσ φροµ α Λατιν ωορδ φορ τηε λιττλε χυπ υσεδ βψ τηε εξπερτ ασ− σαψερ, αλσο χαλλεδ τηε χυπελ. Τηε ωαρ αγαινστ αδυλτεραντσ ανδ χουντερφειτσ ισ ολδ ινδεεδ. Χηεµιστρψ ισ α Φρενχη σχιενχε; ιτ ωασ φουνδεδ βψ Λαϖοισιερ οφ ιµµορταλ φαµε, ωροτε ονε ηιστοριαν ιν 1869. Συχη νατιοναλισµ ισ πλαινλψ ηψπερβολ− ιχ. Βυτ ιτ ισ νοτ ωιτηουτ ιτσ κερνελ. Τηε χηεµιχαλ λιτερατυρε λεφτ το υσ φροµ βε− φορε Λαϖοισιερ ισ µοστλψ ινχοµπρεηενσι− βλε το α µοδερν χηεµιστ; αφτερ ηιµ, το− δαψ∏σ ρεαδερ ⇒νδσ λιττλε δι⇔χυλτψ. Τηισ τεξτ µακεσ Λαϖοισιερ ρεαλ, βοτη ον τηε ηυµαν σιδε ανδ ιν ηισ χηεµιχαλ ωορκ. Ωε σεε εϖεν τηατ τηε τηεορψ οφ πηλογιστον ωιτη αλλ ιτσ χροτχηετσ ωασ νοτ ατ ονχε αβσυρδ. Τηε αττεντιον, µονεψ ανδ ε⇑ορτ Λαϖοισιερ δεϖοτεδ το ηισ απ− παρατυσ πρεσεντ α σεχονδ συρπρισε. Ηισ λαβορατορψ ωασ ινστρυµεντεδ ενουγη το χηαλλενγε τηε στατε οφ τηε αρτ ωιτη ιτσ συππλψ οφ σπεχιαλ βυλβσ, γασοµετερσ, βαλανχεσ ανδ χαλοριµετερσ. Σοµε ηαϖε εϖεν θυεστιονεδ ωηετηερ ηε ωασ α χηεµιστ ατ αλλ. Ποσσιβλψ ωε σηουλδ σεε τηε χηεµιχαλ ρεϖολυτιον οφ τηε 1790σ ασ τηε ρεσυλτ οφ α βριεφ ανδ υσεφυλ ινϖα− σιον οφ χηεµιστρψ βψ Φρενχη πηψσιχιστσ. Ουρ αυτηορ ρατηερ αυδαχιουσλψ ουτλινεσ νεχεσσαρψ ανδ συ⇔χιεντ χονδιτιονσ φορ Λαϖοισιερ∏σ ρεϖολυτιον. Τηε ρεχογνι− τιον οφ τηε γασ πηασε ασ συβστανχε ανδ παρτιχιπαντ, αλωαψσ το βε ηελδ το αχ− χουντ, ωασ περηαπσ χρυχιαλ. Ηισ ϖιεωσ ον αχιδιτψ λεδ το τηε δεϖελοπµεντ οφ α λανγυαγε τηατ ρε⇓εχτεδ χοµποσιτιον. Ατοµισµ χαµε ιν στρενγτη ωιτη ϑοην ∆αλτον, βυτ ιτ ρεµαινεδ σπλιτ υντιλ τηε λαστ ςιχτοριαν ψεαρσ. Τηε χηεµιστσ κνεω τηειρ ατοµσ ⇒ρστ, φροµ ατοµιχ ωειγητσ, τηε περιοδιχ χηανγε οφ προπερτιεσ ωιτη ωειγητ, ανδ µανψ ριχη µολεχυλαρ φορ− µυλασ, βυτ τηεψ κνεω οφ νο εϖιδεντ σιζε ορ στρυχτυρε. Α παπερ οφ 1850 βψ Αλεξ− ανδερ Ωιλλιαµσον οφ Υνιϖερσιτψ Χολλεγε, Λονδον, γαϖε α πιχτυρε οφ α σινγλε ρεαχ− τιον τηατ δεµανδεδ τωο χλεαρ στεπσ οφ ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Copyright 1994 Scientific American, Inc. ρεαρρανγεµεντ ανδ ιµπλιεδ α χονσταντ στατε οφ µοτιον ατ τηε ατοµιχ λεϖελ. Χηεµιστσ∏ ατοµσ ωερε ηαππιλψ αρ− ρανγεδ ιν ηεξαγονσ, νετσ ανδ χηαινσ. Τηεψ λεφτ τηε πλανε οφ τηε παπερ φορ γοοδ ωιτη τηε χηεµιχαλ λογιχ οφ ϑα− χοβυσ ϖαν∏τ Ηο⇑ ιν 1874; νο οτηερ γε− οµετρψ χουλδ εξπλαιν αλλ τηε διστινχτ ισοµερσ οφ α γιϖεν ατοµιχ χλυστερ. Πηψσ− ιχαλ ατοµσ, σχαλεδ ανδ αρραψεδ ιν ϕιν− γλινγ µολεχυλεσ µιλλινγ αβουτ ιν σπαχε, ωερε νοτ χοµµονλψ κνοων αβουτ υντιλ τηε εαρλψ ψεαρσ οφ τηισ χεντυρψ. Τηε ελεχτρον ωιτηιν τηε νυχλεαρ ατοµ, ιονιχ στατεσ, θυαντυµ−χηεµιχαλ βονδ− ινγ, αλλ δεσχριβεδ φορ α τιµε ωιτη λιττλε µατηεµατιχσ βψ ονε ορ ανοτηερ φρυιτφυλ ψετ λιµιτεδ αππροξιµατιον, βεχοµε τηε µαιν τηεµεσ οφ τηε λατερ χηαπτερσ. Τηατ τηε πηψσιχσ οφ ηψδρογεν ωιλλ ηαρδλψ δο, εϖεν Π.Α.Μ. ∆ιραχ∏σ πηψσιχσ, ισ χλεαρ ενουγη, ονχε ψου χονσιδερ τηατ τηε χηεµιστσ ηαϖε βψ νοω χηαραχτεριζεδ α φεω µιλλιον µολεχυλαρ σπεχιεσ. ( Τηισ ηολδσ εϖεν ιφ ωε σετ ασιδε τηε µολεχυ− λαρ λιβραριεσ ωριττεν ιν τηε νυχλειχ αχιδσ οφ λιφε.) Φροµ Γιλβερτ Ν. Λεωισ ανδ ηισ παιρεδ ελεχτρονσ το θυαντυµ χηεµιστσ οφ δεεπερ, µορε δψναµιχ ουτλοοκ, συχη ασ Ροβερτ Σ. Μυλλικεν, µολεχυλεσ ανδ ρεαχτιονσ ηαϖε χοµε το δεµανδ µορε τηαν τηε λογιχαλ ανδ γεοµετριχ αργυ− µεντσ οφ τηε παστ. Τηε αρτ οφ εµπλοψ− ινγ αππροξιµατε δεσχριπτιονσ οφ αλλ τηοσε ιντεραχτινγ ατοµσ ιν σπαχε, εϖεν ιν ενεργψ ανδ ιν τιµε, ηασ βεεν τακεν το διζζψινγ ηειγητσ βψ χρεατιϖε ωεαϖερσ οφ µολεχυλαρ ταπεστρψ, συχη ασ Ροβερτ Ωοοδωαρδ, Ροαλδ Ηο⇑µανν, Κενιχηι Φυκυι ανδ ∆οναλδ Χραµ. Α φεω ⇒ναλ παγεσ τρεατ τηε ενϖιρον− µενταλ προβλεµ οφ τηε χηεµιχαλ ινδυσ− τρψ, βψ ωηιχη ιν λαργε παρτ ωε αρε χλοτηεδ, ηουσεδ ανδ φεδ. Ιν ονε τελλινγ χιτατιον φροµ 1899, α χριτιχ δεσχριβεσ α τοων νεαρ Λιϖερποολ δοµινατεδ βψ τηε αλκαλι ινδυστρψ : Τηε σκψ ισ α . . . ροοφ οφ σµεαρψ σµοκε. Τηε ατµοσπηερε ισ α βλενδ οφ ραιλωαψ τυννελ, ηοσπιταλ ωαρδ, γασ ωορκσ ανδ οπεν σεωερ.. .. Τηε προδ− υχτσ αρε πιλλσ, χοαλ, γλασσ, χηεµιχαλσ, χριππλεσ, µιλλιοναιρεσ ανδ παυπερσ. Βψ 1999 σοµε µαττερσ ωιλλ ηαϖε χηανγεδ τηερε, βυτ νοτ αλλ. Ισ Λινυσ Παυλινγ τηισ χεντυρψ∏σ γρεατ− εστ χηεµιστ? Φεω οφ αλλ τηε περσοναλ στοριεσ ηερε τολδ αρε βεττερ τηαν τηισ λιτ− τλε ονε αβουτ ουρ σπλενδιδ σαγε ιν Χαλι− φορνια. Ηισ ωιφε, ρεαδινγ αβουτ Ωατσον ανδ Χριχκ∏σ Νοβελ Πριζε φορ ∆ΝΑ, ϖερψ ρεασοναβλψ ασκεδ : Λινυσ, ιφ τηισ στρυχ− τυρε ισ σο ιµπορταντ, ηοω χοµε ψου διδν∏τ σολϖε ιτ ? Παυλινγ ηαδ λεφτ α λιττλε ροοµ φορ οτηερσ, τηουγη νοτ µυχη; αφ− τερ αλλ, ηε ηαδ το χοµπετε φορ τηε Νοβελ Πεαχε Πριζε, τοο, ωιτηουτ α πασσπορτ. Copyright 1995 Scientific American, Inc. Copyright 1994 Scientific American, Inc. ΕΣΣΑΨ βψ Γεραρδ Πιελ ΑΙ∆Σ ανδ Ποπυλατιον Χοντρολ Τ ηε νοω ωορλδωιδε ΑΙ∆Σ πανδεµ− ιχ ⇒νδσ ιτσ υγλιεστ µανιφεστατιον ιν τηε προποσιτιον τηατ ΑΙ∆Σ ηασ αρριϖεδ ιν τιµε το στοπ τηε ποπυλατιον εξπλοσιον. Ονε ηεαρσ ιτ ϖοιχεδ βψ οτηερ− ωισε βλαµελεσσ πεοπλε. Σοµε σεε ΑΙ∆Σ ασ τηε σολυτιον, ιν παρτιχυλαρ, φορ τηε προβλεµ οφ Αφριχα. Τηερε τηε ρατε οφ ποπυλατιον γροωτη ισ ηιγηεστ ανδ ποϖ− ερτψ δεεπεστ. Επιδεµιολογιστσ οφ τηε Ωορλδ Ηεαλτη Οργανιζατιον εστιµατε τηατ Αφριχανσ χονστιτυτε αβουτ 10 µιλ− λιον οφ τηε 15 µιλλιον πεοπλε ινφεχτεδ ωορλδωιδε ωιτη τηε ηυµαν ιµµυνοδε− ⇒χιενχψ ϖιρυσ (ΗΙς) ανδ σο φατεδ το διε οφ ΑΙ∆Σ. Τηε ΑΙ∆Σ προποσιτιον σχαντσ ηιστορψ ανδ γροσσλψ υνδερεστιµατεσ τηε δυρα− βιλιτψ οφ τηε ηυµαν σπεχιεσ, Αφριχανσ ινχλυδεδ. Ατ ιτσ πρεσεντ ρατε οφ τρανσ− µισσιον, ΗΙς ωιλλ ινφεχτ σοµε 200 µιλ− λιον πεοπλε βψ 2010. Τηε Αφριχαν σηαρε οφ τηε χασυαλτιεσ µιγητ τηεν αππροαχη 100 µιλλιον. Τηατ, ασ α δισχιπλε οφ Τηοµ− ασ Μαλτηυσ οβσερϖεδ οφ τηε µιλλιον Ιριση ωηο περισηεδ ιν τηε 1845∠50 πο− τατο φαµινε, ωουλδ σχαρχελψ βε ενουγη. Τηε Βλαχκ ∆εατη, το ωηιχη προπονεντσ οφ τηισ χυρε φορ ποπυλατιον γροωτη ηοπε− φυλλψ χοµπαρε τηε ΑΙ∆Σ πανδεµιχ, χαρ− ριεδ ο⇑ µορε τηαν ηαλφ τηε πεοπλε οφ 14τη−χεντυρψ Ευροπε. Βψ τηε µιδδλε οφ τηε 17τη χεντυρψ, τηε Ευροπεαν ποπυλα− τιον ηαδ αρριϖεδ ατ τηε ποιντ ον τηε γροωτη χυρϖε το ωηιχη ιτ ωουλδ ηαϖε ιν− χρεασεδ βψ τηατ τιµε ωιτηουτ δε⇓εχτιον βψ τηε Βλαχκ ∆εατη. Τηε παροξψσµ οφ ϖιολενχε τηατ σειζεδ τηε ινδυστριαλ ωορλδ τηρουγη τηε τηρεε δεχαδεσ φροµ τηε σταρτ οφ Ωορλδ Ωαρ Ι το τηε ενδ οφ Ωορλδ Ωαρ ΙΙ κιλλεδ 200 µιλλιον πεοπλε. Τηατ ωασ µορε τηαν 10 περχεντ οφ αλλ τηε πεοπλε ωηο λιϖεδ ιν τηοσε ψεαρσ. Τηειρ αβσενχε ωασ νοτ ρε− µαρκεδ ιν 1970, ωηεν τηε ρατε οφ ωορλδ ποπυλατιον γροωτη ρεαχηεδ ιτσ αλλ−τιµε πεακ, ατ αρουνδ 2 περχεντ. Ιτ ωασ Μαλτηυσ ωηο µαδε εχονοµιχσ τηε δισµαλ σχιενχε, βυτ ηε αλσο µαδε τηισ βρανχη οφ µοραλ πηιλοσοπηψ α σχι− ενχε. Ηε ροοτεδ εχονοµιχσ ιν ωηατ ηαδ βεεν τηε υνρελιεϖεδ εξπεριενχε οφ ηυ− µανκινδ φροµ τηε τιµε οφ τηε αγριχυλ− τυραλ ρεϖολυτιον ανδ τηε οπενινγ οφ τηε ⇒ρστ ϖιλλαγε µαρκετσ. Απαρτ φροµ σηορτ, εξχεπτιοναλ περιοδσ, Αλφρεδ Νορτη Ωηιτεηεαδ οβσερϖεδ, τηε νορµαλ στρυχ− τυρε οφ σοχιετψ ωασ τηατ οφ α χοµπαρ− ατιϖελψ α⇐υεντ µινοριτψ συβσιστινγ 124 ον τηε λαβορσ οφ α τεεµινγ ποπυλα− τιον χηεχκεδ βψ σταρϖατιον ανδ οτηερ δισχοµφορτσ. Ατ τηε ϖερψ τιµε Μαλτηυσ σετ ουτ ηισ βαλεφυλ εθυατιον, ηοωεϖερ, ινδυστριαλ ρεϖολυτιον ηαδ βεγυν το µακε τηε γροωτη οφ προδυχτιον ουτρυν ποπυλα− τιον. Ωιτηιν 20 ψεαρσ οφ Μαλτηυσ∏σ δεατη, µορεοϖερ, ϑοην Στυαρτ Μιλλ δισχοϖερεδ φροµ ινσπεχτιον οφ βαπτισµαλ ρεχορδσ τηατ τηε βιρτη ρατε οφ Ενγλανδ ηαδ βε− γυν το δεχλινε. Τηισ δισχοϖερψ διδ νοτ σηακε τηε χονϖιχτιον, ωηιχη Μιλλ σηαρεδ ωιτη Μαλτηυσ, τηατ ποπυλατιον γροωτη ωασ τηε δψναµιχσ οφ πολιτιχαλ εχονο− µψ, φορ τηε ποπυλατιον οφ προσπερινγ Ενγλανδ ωασ εξπλοδινγ. Τηε ποπυλατιον οφ αλλ τηε Ευροπεαν χουντριεσ υνδεργοινγ ινδυστριαλ ρεϖολυ− τιον ωασ εξπλοδινγ δυρινγ τηισ περιοδ. Νοω, αφτερ τηισ γιγαντιχ ινχρεασε, ωηιχη µυλτιπλιεδ τηε νυµβερ οφ Ευροπεανσ 20 τιµεσ οϖερ τηατ ιν 1600 ανδ αϖαλανχηεδ τηεµ οντο αλλ χοντινεντσ, τηε ποπυλα− τιονσ οφ αλλ τηε ινδυστριαλ χουντριεσ αρε ατ ορ αππροαχηινγ ζερο γροωτη. Τηεσε λυχκψ 1.25 βιλλιον πεοπλε∇χουντινγ τηε ϑαπανεσε, τηε ⇒ρστ νον−Ευροπεανσ, ιν τηειρ νυµβερ∇αρε χοµπλετινγ τηε σο− χαλλεδ δεµογραπηιχ τρανσιτιον. Φροµ νεαρ−ζερο γροωτη ιν 1600 ατ ηιγη δεατη ρατεσ ανδ ηιγη βιρτη ρατεσ ωιτη λιφε εξ− πεχτανχψ ατ 25 ψεαρσ, τηεψ αρε αρριϖινγ ατ νεαρ−ζερο γροωτη αγαιν βυτ ατ λοω δεατη ρατεσ ανδ λοω βιρτη ρατεσ ανδ ωιτη λιφε εξπεχτανχψ ατ 75 ψεαρσ. Ρ εχεντ ηιστορψ γιϖεσ εϖερψ ρεασον το εξπεχτ τηατ τηε οτηερ τηρεε θυαρτερσ οφ τηε ωορλδ ποπυλατιον ωιλλ µακε τηε δεµογραπηιχ τρανσιτιον. Τηε λεαδινγ εδγε οφ ινδυστριαλ ρεϖολυ− τιον∇µασσ εδυχατιον, σανιτατιον ανδ πριµαρψ µεδιχινε, ανδ τηε γρεεν ρεϖολυ− τιον∇ηασ βρουγητ δοων δεατη ρατεσ ανδ λενγτηενεδ λιφε εξπεχτανχψ τηρουγηουτ τηε πρεινδυστριαλ ωορλδ. Τηε ρεστ οφ ηυ− µανκινδ ηασ εντερεδ τηε ⇒ρστ πηασε οφ τηε δεµογραπηιχ τρανσιτιον. Ηενχε τηε ονγοινγ σωελλινγ οφ τηε ποπυλατιον. Εντρανχε ιντο τηε σεχονδ πηασε ισ µαρκεδ φορ σοµε φεω δεϖελοπινγ χουν− τριεσ βψ δεχλινε ιν τηειρ βιρτη ρατεσ. Τηεσε αρε χουντριεσ ωηερε ινδυστριαλ ρεϖολυτιον ηασ προχεεδεδ φυρτηεστ ανδ ωηερε ιτσ ινχρεασινγ προδυχτ ισ µοστ ωιδελψ σηαρεδ∇σµαλλ χουντριεσ λικε Χοστα Ριχα ανδ Σρι Λανκα ανδ αλσο τηε βιγγεστ χουντριεσ, Ινδια ανδ Χηινα. ΣΧΙΕΝΤΙΦΙΧ ΑΜΕΡΙΧΑΝ Φεβρυαρψ 1994 Ωηιτεηεαδ χιτεδ Ινδια ανδ Χηινα ασ ινστανχεσ οφ χιϖιλιζεδ σοχιετιεσ ωηιχη φορ α ϖερψ λονγ περιοδ ιν τηειρ λατερ ηισ− τοριεσ µαινταινεδ τηεµσελϖεσ ωιτη αρ− ρεστεδ τεχηνολογψ.... Τηεψ προϖιδεδ τηε εξαχτ χονδιτιονσ φορ τηε ιµπορτανχε οφ τηε Μαλτηυσιαν Λαω. Βψ τηε τυρν οφ τηε 19τη χεντυρψ, ωηεν Μαλτηυσ πυβλισηεδ ηισ Εσσαψ ον Ποπυλατιον, τηεψ ωερε τηε ωορλδ∏σ µοστ ποπυλουσ χουντριεσ. Σινχε τηε ενδ οφ Ωορλδ Ωαρ ΙΙ, Ινδια ανδ Χηινα ηαϖε βεεν ενγαγεδ ιν ινδυσ− τριαλ ρεϖολυτιον, Χηινα λεαδινγ. Ωιτη λιφε εξπεχτανχψ λενγτηενινγ το 60 ψεαρσ ιν Ινδια ανδ το 70 ψεαρσ ιν Χηινα, τηειρ ηυγε ποπυλατιονσ ηαϖε µορε τηαν δου− βλεδ. Ιν βοτη χουντριεσ, χαλοριεσ περ χαπιτα νοω µεετ τηε δαιλψ ρεθυιρεµεντ, ανδ ποταβλε ωατερ ισ αϖαιλαβλε το τηρεε θυαρτερσ οφ τηειρ χιτιζενσ. Ινδια ηασ ρε− δυχεδ ιτσ χηιλδ δεατη ρατε το 142 περ 1,000 λιϖε βιρτησ, ανδ Χηινα το 42. Ιν Ιν− δια, 27 περχεντ οφ τηε ποπυλατιον λιϖεσ ιν χιτιεσ, ιν Χηινα, 33 περχεντ. Λιτεραχψ αµονγ τηε φεµαλε ποπυλατιον ισ 34 περ− χεντ ιν Ινδια ανδ 62 περχεντ ιν Χηινα. Χοντραχεπτιϖεσ αρε ιν υσε ιν 43 ανδ 71 περχεντ οφ τηειρ ηουσεηολδσ, ρεσπεχτιϖε− λψ. Ασ τηεσε στατιστιχσ συγγεστ, βοτη να− τιονσ ηαϖε εντερεδ τηε σεχονδ πηασε οφ τηε δεµογραπηιχ τρανσιτιον. Τηε φερτιλι− τψ ρατε ιν Ινδια ηασ δεχλινεδ φροµ µορε τηαν σιξ ( ινφαντσ περ φεµαλε ρεπροδυχ− τιϖε λιφετιµε) το φουρ; ιν Χηινα ιτ ισ 2.3, χλοσε το τηε ζερο γροωτη ρατε οφ 2.1. Ηοω το ηαστεν τηε πασσαγε οφ τηε πρεινδυστριαλ ωορλδ τηρουγη τηε δεµο− γραπηιχ τρανσιτιον ωασ τηε πρινχιπαλ τοπιχ βεφορε τηε Υνιτεδ Νατιονσ Χονφερ− ενχε ον Ενϖιρονµεντ ανδ ∆εϖελοπ− µεντ, τηε Εαρτη Συµµιτ, ηελδ ιν Ριο δε ϑανειρο ιν τηε συµµερ οφ 1992. Τηε µαϕορ προδυχτ οφ τηε χονφερενχε, Αγεν− δα 21, ισ νοω τηε αγενδα οφ τηε Υνιτεδ Νατιονσ. Ιτ σετσ ουτ α προγραµ οφ συσ− ταιναβλε δεϖελοπµεντ το βρινγ ηυµαν νυµβερσ ανδ αππετιτεσ ιντο αχχορδ ωιτη τηε ⇒νιτε ρεσουρχεσ οφ τηε εαρτη βεφορε τηε ενδ οφ τηε νεξτ χεντυρψ. Τηε ΑΙ∆Σ πανδεµιχ χαν ονλψ διϖερτ πηψσι− χαλ ρεσουρχεσ ανδ ηυµαν ενεργψ φροµ τηισ ηοπεφυλ ανδ υργεντ εντερπρισε. ∆ε− λαψ πορτενδσ α λαργερ υλτιµατε ωορλδ ποπυλατιον. Ινδυστριαλ ρεϖολυτιον ηασ σετ τηε τερµσ οφ α µοραλιτψ δι⇑ερεντ φροµ τηατ ιµπλιεδ βψ τηε Μαλτηυσιαν εθυατιον. Ιτ ισ πεοπλε λιϖινγ, νοτ δψινγ, ωηο βρινγ ποπυλατιον γροωτη το α στοπ. ΓΕΡΑΡ∆ ΠΙΕΛ ισ χηαιρµαν εµεριτυσ οφ Σχιεντι⇒χ Αµεριχαν. Copyright 1994 Scientific American, Inc.
© Copyright 2024 Paperzz
![PathoDxtra EN Extraction Reagents [EL]](http://s3.paperzz.com/store/data/005197268_1-df17f7f75aac79943f4a19223c5a9735-250x500.png)
