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新聞來(lái)源:科技日報 英國《自然》雜志網(wǎng)站日前公布了本年度最受歡迎的十大新聞，量子力學(xué)、粒子物理學(xué)以及有點(diǎn)怪異的生物學(xué)領(lǐng)域都是其中的大贏(yíng)家。 1.在真空中制造出可見(jiàn)的光線(xiàn) 
據《自然》雜志6月3日報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的科學(xué)家在真空中捕獲到了不斷出現和消失的光子，成功將虛擬光子轉變成真實(shí)光子，制成了可測量的光，首次觀(guān)測到40多年前就曾被預言的量子力學(xué)效應——卡西米爾效應，即平行金屬板在輻射場(chǎng)真空態(tài)中存在吸引力的現象。 科學(xué)家們使用一個(gè)名為超導量子干涉器(SQUID)的“鏡子”成功進(jìn)行了這項實(shí)驗，該“鏡子”由量子電子元件構成，對磁場(chǎng)極其敏感。通過(guò)每秒數十億次改變磁場(chǎng)的方向，可使“鏡子”的振動(dòng)速度達到光速的25%。實(shí)驗結果顯示，光子會(huì )在真空中成對出現，科學(xué)家能夠以微波輻射的形式對其進(jìn)行測量，構建出確實(shí)具有相同特性的射線(xiàn)，如同量子理論所述。 此次實(shí)驗的主要價(jià)值在于增進(jìn)人們對于基礎物理概念的了解，比如真空波動(dòng)，即真空中瞬間出現并消失的虛擬粒子等。 2.歐核中心發(fā)現中微子“跑”得比光快 據《自然》雜志9月22日報道，歐洲核子研究中心(CERN)發(fā)現，中微子的行進(jìn)速度超過(guò)了光速。一旦這種超光速現象得到證實(shí)，將給愛(ài)因斯坦的狹義相對論帶來(lái)巨大挑戰，改變人類(lèi)對宇宙如何運轉的理解。 意大利格蘭薩索國家實(shí)驗室下屬的一個(gè)名為OPERA的實(shí)驗裝置接收了來(lái)自CERN的中微子，兩地相距730公里，中微子“跑”過(guò)這段距離的時(shí)間比光速還快了60納秒(1納秒等于十億分之一秒)，而實(shí)驗誤差不超過(guò)10納秒。 目前全球只有費米實(shí)驗室和日本的實(shí)驗室能重復這一實(shí)驗，但日本的實(shí)驗室在海嘯中飽受重創(chuàng )，費米實(shí)驗室尚無(wú)法達到CERN的實(shí)驗精度，而且一時(shí)半會(huì )也很難升級，因此驗證工作很難進(jìn)行。 3.深海雪人蟹“自給自足”：用自己的爪子培養細菌 據《自然》網(wǎng)站12月2日報道，美國科學(xué)家在遠離哥斯達黎加的深海中發(fā)現了一種蟹類(lèi)，它可以在自己的爪子上培育細菌作為食物，這是科學(xué)家們發(fā)現的首例生物“細菌養殖農場(chǎng)”。研究論文發(fā)表在11月30日出版的《公共科學(xué)圖書(shū)館·綜合》雜志上。 這種雪人蟹生活在哥斯達黎加鄰近海域1000米以下有甲烷氣體滲出的裂縫處�？茖W(xué)家們發(fā)現，它們經(jīng)常緩慢且有節奏地揮動(dòng)爪子，這一點(diǎn)令人十分迷惑不解。他們現在認為，雪人蟹揮動(dòng)前爪主要是讓細菌吸收更多的營(yíng)養物質(zhì)，從而使細菌更易受精繁殖。 此前也有科學(xué)家曾發(fā)現深海蝦和其它動(dòng)物也在身體上生長(cháng)細菌，但這是科學(xué)家們首次掌握深海動(dòng)物培育細菌的直接證據。 4.缺失特殊DNA也能促進(jìn)腦部發(fā)育 據《自然》雜志網(wǎng)站3月9日報道，美國科學(xué)家將黑猩猩的基因組和人類(lèi)的基因組進(jìn)行了比較，找出了510個(gè)在黑猩猩的基因組中還存在但已從人類(lèi)基因組里消失殆盡的DNA段落，這些序列幾乎全都來(lái)自基因之間的非編碼基因組區域。研究結果表明，某些基因組消失會(huì )促使人類(lèi)大腦進(jìn)化。 該研究團隊的領(lǐng)導者、美國斯坦福大學(xué)的大衛·金斯利和發(fā)育生物學(xué)家吉爾·比耶拉羅解釋稱(chēng)，跟大多數研究不同的是，他們尋找的是人類(lèi)基因組里被刪除的部分，而不是現有的部分，他們希望借此厘清這些消失的基因片段的作用。 威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的動(dòng)物遺傳演化專(zhuān)家肖恩·卡羅爾表示：“這項研究告訴我們，在演化過(guò)程中，人類(lèi)不但會(huì )獲得信息，也會(huì )遺失信息�！� 5.艾滋病基因療法動(dòng)物實(shí)驗取得成效 據《自然》雜志網(wǎng)站11月30日報道，美國研究人員探索出的一種艾滋病基因療法在動(dòng)物實(shí)驗中取得成效，實(shí)驗證明感染大劑量艾滋病病毒的實(shí)驗鼠也可受到保護。 美國加州理工學(xué)院等機構的研究人員報告說(shuō)，通過(guò)使用一種經(jīng)過(guò)改造的腺病毒，可以在實(shí)驗鼠肌肉細胞的基因序列中加入一段代碼，使得肌肉細胞能夠生成和分泌一些抗體。這些抗體具有幫助機體抑制艾滋病病毒的作用，最初是在一些對艾滋病有抵抗力的患者體內分離得到的。 研究人員用這種基因療法測試了5種不同抗體的效果，結果發(fā)現，兩種代號為B12和VRC01的抗體效果尤其良好。 該研究的領(lǐng)導者、諾貝爾獎得住戴維·巴爾的摩說(shuō)，動(dòng)物實(shí)驗的成功為接下來(lái)開(kāi)展人類(lèi)臨床試驗鋪平了道路。雖然通常只用基因療法治療遺傳病，但目前在與艾滋病的斗爭中還沒(méi)找到完全有效的療法，因此基因治療艾滋病值得一試。 6.波函數并非統計工具而是物理真實(shí) 據《自然》雜志網(wǎng)站11月17日報道，波函數是量子力學(xué)中一個(gè)重要且令人費解的核心概念，物理學(xué)家用它來(lái)確定量子粒子具備某種特性的概率，而英國科學(xué)家11月14日發(fā)表在arXiv.org網(wǎng)站的一篇論文則提出了一個(gè)新觀(guān)點(diǎn)：波函數不是統計工具，而是物理真實(shí)。 由英國帝國理工學(xué)院的馬修·皮由茲領(lǐng)導的三人科學(xué)小組在最新發(fā)表的論文中指出，如果波函數純粹只是統計工具的話(huà)，那么，時(shí)間和空間中互不連貫的量子狀態(tài)都將可以相互“交流”，這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不可思議，很難成立，因此波函數必定是物理真實(shí)。 研究人員之一、美國南加州克萊姆森大學(xué)的理論物理學(xué)家安東尼·瓦倫提尼表示：“我們的這篇論文可能具有顛覆效應，在量子力學(xué)中，它可能是繼貝爾定理之后最重要的結論�！庇＝虼髮W(xué)的物理學(xué)家戴維·華萊士表示，這個(gè)理論是他15年的職業(yè)生涯內看到的量子力學(xué)基礎領(lǐng)域最重要的結論。他說(shuō)：“這一理論表明，人們不能將量子狀態(tài)解釋為一種概率�！� 自上世紀20年代開(kāi)始，科學(xué)界在如何理解波函數方面就存在很大爭議。丹麥最著(zhù)名的科學(xué)家、哥本哈根大學(xué)的尼爾斯·玻爾開(kāi)創(chuàng )的“哥本哈根解釋”認為，波函數是一個(gè)計算工具：當被用來(lái)計算粒子擁有不同特性的可能性時(shí)，它能給出正確的結論。 7.維京人利用偏振光導航？ 據《自然》雜志網(wǎng)站1月31日報道，相傳維京人有“太陽(yáng)石”的傳說(shuō)，當維京向天空舉起太陽(yáng)石時(shí)，即使是在陰天，太陽(yáng)的位置也會(huì )顯現出來(lái)。然而，現在的科學(xué)家通過(guò)檢測天空中光線(xiàn)的性質(zhì)，發(fā)現可能是維京人利用偏振光在大西洋中辨認方向。 維京人在公元750年至1050年間廣泛活躍在北歐、英國和北大西洋之間的海域里，他們是優(yōu)秀的航海家，利用夏天高緯度地區的持久日光來(lái)導航，而不是使用星星或指南針來(lái)辨方向，因為在如此高緯度的地方，指南針的作用會(huì )大打折扣。而他們是“如何做到在北半球常有雨霧覆蓋的高緯度地區進(jìn)行長(cháng)距離航行的”，此前一直是未解之謎。 現在，匈牙利布達佩斯羅蘭大學(xué)的光學(xué)研究者佳博·霍瓦斯和瑞典蘭德大學(xué)的生物學(xué)家試圖解決這種關(guān)于光線(xiàn)性質(zhì)的爭論。他們在芬蘭北部用180度的魚(yú)眼鏡拍攝了一些陰天或黃昏的照片，并讓測試者在照片中辨認太陽(yáng)的位置，然而，多數測試者都得出了錯誤的結論。同時(shí)，為了證明用“太陽(yáng)石”是否確實(shí)能得出更精確的結論，他們在北冰洋上測量了各種天氣下光線(xiàn)的偏振性。結果顯示，在任何天氣情況下，光線(xiàn)的偏振性質(zhì)與晴朗天氣下的太陽(yáng)光性質(zhì)極其相似，因此，維京人利用“太陽(yáng)石”辨認方向的方法是可靠的。 8.世界首個(gè)“細胞激光器”問(wèn)世 據《自然》雜志網(wǎng)站6月12日報道，美國馬薩諸塞州綜合醫院的研究人員成功地制造出了全世界首個(gè)活的“細胞激光器”——他們利用表達了綠色熒光蛋白(GFP)的腎臟細胞制造出了一種納秒級的激光脈沖，用單個(gè)活細胞作為增益介質(zhì)產(chǎn)生了激光。 科學(xué)家們最初在水母中發(fā)現了GFP蛋白，其可在不添加其他酶的情況下被誘導發(fā)光。研究人員給一個(gè)直徑約20微米寬、1英寸(2.5厘米)長(cháng)的圓筒兩邊裝上鏡子作為光學(xué)共振腔，共振腔內裝滿(mǎn)GFP水溶液，再向其中放入腎臟細胞。結果發(fā)現，腎臟細胞不僅能產(chǎn)生激光脈沖，也能像透鏡一樣將光回聚并誘導激光發(fā)射。更重要的是，該激光設備中的細胞在發(fā)光過(guò)程中仍然存活，能持續產(chǎn)生數百次激光脈沖。盡管單個(gè)激光脈沖比較微弱，僅持續幾納秒，但卻很明亮，很容易探測到。 研究人員認為這項成果有以下幾種應用前景。首先，將其植入活的動(dòng)物體內，將大大提高透視掃描的精確度，醫生將也能借助這種體內激光而不是體外掃描來(lái)判斷癌癥病灶的情況；其次，由于不同細胞結構產(chǎn)生的激光在光學(xué)性質(zhì)上有差異，可以通過(guò)分析最后得到的光來(lái)研究細胞和機體組織；再次，目前醫學(xué)上有一種光動(dòng)力療法，可把對光敏感的藥物送到要醫治的機體部位，然后用光照來(lái)激發(fā)藥效，最新研制出的這種“細胞激光器”也許可以增進(jìn)這種療法的效果。 9.LHC的實(shí)驗數據與超對稱(chēng)性理論不匹配 據英國《自然》雜志網(wǎng)站2月28日報道，歐洲核子研究中心的科學(xué)家們表示，大型強子對撞機(LHC)內以高達700千兆電子伏的能量高速運作的質(zhì)子加速器未能找到任何“超對稱(chēng)粒子”存在的證據，似乎給超對稱(chēng)性理論判了死刑。 上世紀70年代出現的超對稱(chēng)性理論完美解決了標準粒子模型的主要缺點(diǎn)，并且描述了基本粒子的行為。它還可以解釋其他一些問(wèn)題：人們認為暗物質(zhì)構成了宇宙中83%的質(zhì)量，但卻從來(lái)沒(méi)有發(fā)現過(guò)暗物質(zhì)，而超對稱(chēng)性理論中預言的一些輕粒子可能就是構成暗物質(zhì)的主要成分。 不過(guò)，近年來(lái)，科學(xué)家們對超對稱(chēng)性理論的擔心與日俱增。盡管這個(gè)理論優(yōu)雅而簡(jiǎn)潔，但它有可能是錯的�，F在，科學(xué)家們沒(méi)有在LHC的質(zhì)子加速器獲得的數據中發(fā)現絲毫顯示該理論所預言的“超級粒子”存在的證據。 “我們正在把超對稱(chēng)性逼入困境�！盠HC超環(huán)面儀器(ATLAS)探測器實(shí)驗小組的研究人員、英國劍橋大學(xué)的粒子物理學(xué)家克里斯·萊斯特說(shuō)。事實(shí)上，為配合LHC的緊湊繆子線(xiàn)圈(CMS)實(shí)驗，ATLAS在過(guò)去一整年都在尋找超級粒子。盡管在接下來(lái)的幾周時(shí)間里，LHC以高能態(tài)運行時(shí)會(huì )收集到更多數據，但如果到今年年底探測器還無(wú)法找到任何“超級粒子”的話(huà)，那么超對稱(chēng)性理論可能會(huì )陷入巨大的麻煩中。 10.中微子超光速實(shí)驗計時(shí)受質(zhì)疑 歐洲核子研究中心有關(guān)中微子超光速的實(shí)驗結果一經(jīng)公布，就引發(fā)了軒然大波，到10月5日，就有30多篇論文試圖用各種稀奇古怪的模型來(lái)對這一結果進(jìn)行解釋?zhuān)渲胁环|(zhì)疑之聲。 英國帝國理工學(xué)院的理論物理學(xué)家托比·懷斯曼解釋道，為了計算中微子的“旅行時(shí)間”，需要兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)位于歐核中心，一個(gè)位于格蘭薩索國家實(shí)驗室，為了使測量結果盡可能精確，這兩個(gè)時(shí)鐘必須保持同步(科學(xué)家們使用同一顆衛星發(fā)出的GPS信號讓兩個(gè)時(shí)鐘同步)，誤差必須限制在納秒級內。也就是說(shuō)：時(shí)鐘是否同步是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。 而英國帝國理工學(xué)院的物理學(xué)家卡洛·康特爾蒂則對時(shí)鐘同步提出了質(zhì)疑，他說(shuō)，OPERA團隊并沒(méi)有考慮到愛(ài)因斯坦的廣義相對論的一個(gè)方面：地球上兩個(gè)不同位置的重力會(huì )有細微差別，這會(huì )導致這兩個(gè)位置上的時(shí)鐘以不同的速率來(lái)記錄時(shí)間。因為兩地與地球中心的距離不同，歐核中心的重力要稍大于格蘭薩索國家實(shí)驗室的重力，因此歐核中心的時(shí)鐘要比格蘭薩索國家實(shí)驗室的時(shí)鐘走得稍慢。他表示：“這就會(huì )減少實(shí)驗的準確性�！� 無(wú)獨有偶，10月2日，法國行星科學(xué)和天體物理學(xué)研究所的基勒斯·亨瑞認為，中微子束的波動(dòng)可能改變格蘭薩索國家實(shí)驗室探測到它們的可能性，導致結果不準確。 |
