注定生命出现的物理常数值:宇宙为我们定制?

据物理学家组织网站报道,将近半个世纪以来,理论物理学家们一直在思考一个似乎有些令人困惑的问题,那就是我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。粒子物理标准模型中的那些常数导致了宇宙大爆炸中氢原子核的形成,然后在早期快速诞生的大质量恒星内部合成了碳原子和氧原子,并伴随超新星爆发散布到宇宙空间中去。

我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现完全不同的宇宙,我们所在的宇宙似乎对我们是友好的


这些过程最终为太阳系和行星的出现奠定了基础,让在其中的一颗行星上出现以碳元素为基础,依赖水和氧气生存的生命成为了可能。

最早产生这样一种想法,即认为物理学以及宇宙的演化都遵循人择原理的人是英国剑桥大学的天体物理学家布兰顿·卡特尔(Brandon Carter),当时他还是一名博士后研究员,随后这一想法得到了剑桥大学的史蒂芬·霍金教授以及全球各地大批物理学家们的广泛探讨。

德国学者沃尔夫冈·梅纳(Ulf-G Mei?ner)是德国波恩大学亥姆霍兹研究所理论核物理首席研究员,他为人择原理提供了更多的证据。

在一篇名为《核物理中的人择思考》的研究论文中,梅纳教授对人择原理在天体物理学以及粒子物理学中的体现进行了论述,这篇文章刊载于北京出版的《科学通报》(Science Bulletin)上。在这篇论文中,梅纳教授写道:“人们可以通过一些具体的机制过程,比如元素的产生过程,来对这种相对抽象的论述进行物理学检验。”

他说:“这就需要利用超级计算机,我们在其中对世界进行模拟,并允许我们采用不同于真实世界中的一些基本物理学参数。具体到某个物理学问题,比如我想知道大爆炸中轻元素的产生对轻夸克的质量变化是否敏感;另外,在3-α过程中谐振状态的稳定性如何?”

布兰顿· 卡特尔最初设想的理论是这样的:“我们的宇宙(同时也包括那些其赖以存在的基本物理常数)必须允许观察者在某一阶段出现。”史蒂芬·霍金教授是宇宙大爆炸 和宇宙膨胀方面的专家,他在一系列的专著和论文中介绍和拓展了这一思想。比如在他的畅销书《时间简史》中,霍金教授总结了一系列看上去支持人择原理的天体 物理学现象和常数,并提问道:“为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去,即便是在今天,在经过100亿年之后,仍然在以几乎临界速率膨胀?假如大爆炸之后一秒钟时的宇宙膨胀速率哪怕小上一亿亿分之一,那么我们的宇宙早在变成今天的大小之前便已经重新陷入塌缩。”

梅纳教授在论证其观点时写道:“我们所生活其中的宇宙是由一些特定的参数定义的,这些参数取得某些特定的值,使其似乎专为生命而定制,其中也可能包括地球上的生命。”

他 指出:“比如说,宇宙的年龄必须足够大,从而可以允许星系,恒星和行星,以及第二代和乃至第三代恒星的形成,这些形成时间较晚的恒星体系吸收了由此前已经 消亡的更早的恒星在太空中散播的碳和氧元素。而从更加微观的角度来说,粒子物理标准模型中轻夸克质量的某些基本参数或电磁精细结构常数的取值也必须允许中 子,质子和原子核的形成。”

宇宙大爆炸核合成机制仅仅产生了氢原子核以及α粒子(氦核),而那些被普遍认为属于生命必须元素的物质,如碳和氧都是在后来才由亮度和质量巨大,因此寿命也非常短促的早期恒星在其内部经由核合成机制产生,并以超新星爆发的形式散布到宇宙空间当中。

在德国于利希研究中心JUQUUEN超级计算机上进行的一系列计算机模拟中,梅纳教授和同事们将自然界中轻夸克的质量数值进行了更改,以验证这一数值发生多大程度的变化将会导致大质量恒星内部碳和氧元素的合成过程受阻。最终他们得到的结果是,轻夸克质量上2~3%的变化将不会对大质量恒星内部碳和氧元素的合成造成灾难性的影响。

而在宇宙的开端,当大爆炸发生并产生元素周期表上最初开头的两个元素之时情况则有所不同。梅纳教授表示:“从观测到的元素丰度到自由中子的衰变周期大约为882秒这一事实,大部分幸存下来的中子都会被氦核捕获。你会发现这里对轻夸克的质量变动有一个严格的限定。”他说:“这种严格的限定似乎可以被视作是宇宙人择原理的一项支持证据。很显然,我们可以设想存在很多个宇宙,在每一个宇宙中基本参数都有不同的取值,从而导致其中的环境大大不同于我们所在的宇宙。”

史蒂芬·霍金教授指出,即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现“完全不同的宇宙,即便它非常美丽,但毫无疑问,我们中的任何人都将无法欣赏这种美”。

梅纳教授对此表示赞同:“那样的话,就说明我们所在的宇宙似乎是对我们友好的,而这正是人择原理的基础。”

注定生命出现的物理常数值:宇宙为我们定制?

据物理学家组织网站报道,将近半个世纪以来,理论物理学家们一直在思考一个似乎有些令人困惑的问题,那就是我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。粒子物理标准模型中的那些常数导致了宇宙大爆炸中氢原子核的形成,然后在早期快速诞生的大质量恒星内部合成了碳原子和氧原子,并伴随超新星爆发散布到宇宙空间中去。

我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现完全不同的宇宙,我们所在的宇宙似乎对我们是友好的


这些过程最终为太阳系和行星的出现奠定了基础,让在其中的一颗行星上出现以碳元素为基础,依赖水和氧气生存的生命成为了可能。

最早产生这样一种想法,即认为物理学以及宇宙的演化都遵循人择原理的人是英国剑桥大学的天体物理学家布兰顿·卡特尔(Brandon Carter),当时他还是一名博士后研究员,随后这一想法得到了剑桥大学的史蒂芬·霍金教授以及全球各地大批物理学家们的广泛探讨。

德国学者沃尔夫冈·梅纳(Ulf-G Mei?ner)是德国波恩大学亥姆霍兹研究所理论核物理首席研究员,他为人择原理提供了更多的证据。

在一篇名为《核物理中的人择思考》的研究论文中,梅纳教授对人择原理在天体物理学以及粒子物理学中的体现进行了论述,这篇文章刊载于北京出版的《科学通报》(Science Bulletin)上。在这篇论文中,梅纳教授写道:“人们可以通过一些具体的机制过程,比如元素的产生过程,来对这种相对抽象的论述进行物理学检验。”

他说:“这就需要利用超级计算机,我们在其中对世界进行模拟,并允许我们采用不同于真实世界中的一些基本物理学参数。具体到某个物理学问题,比如我想知道大爆炸中轻元素的产生对轻夸克的质量变化是否敏感;另外,在3-α过程中谐振状态的稳定性如何?”

布兰顿· 卡特尔最初设想的理论是这样的:“我们的宇宙(同时也包括那些其赖以存在的基本物理常数)必须允许观察者在某一阶段出现。”史蒂芬·霍金教授是宇宙大爆炸 和宇宙膨胀方面的专家,他在一系列的专著和论文中介绍和拓展了这一思想。比如在他的畅销书《时间简史》中,霍金教授总结了一系列看上去支持人择原理的天体 物理学现象和常数,并提问道:“为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去,即便是在今天,在经过100亿年之后,仍然在以几乎临界速率膨胀?假如大爆炸之后一秒钟时的宇宙膨胀速率哪怕小上一亿亿分之一,那么我们的宇宙早在变成今天的大小之前便已经重新陷入塌缩。”

梅纳教授在论证其观点时写道:“我们所生活其中的宇宙是由一些特定的参数定义的,这些参数取得某些特定的值,使其似乎专为生命而定制,其中也可能包括地球上的生命。”

他 指出:“比如说,宇宙的年龄必须足够大,从而可以允许星系,恒星和行星,以及第二代和乃至第三代恒星的形成,这些形成时间较晚的恒星体系吸收了由此前已经 消亡的更早的恒星在太空中散播的碳和氧元素。而从更加微观的角度来说,粒子物理标准模型中轻夸克质量的某些基本参数或电磁精细结构常数的取值也必须允许中 子,质子和原子核的形成。”

宇宙大爆炸核合成机制仅仅产生了氢原子核以及α粒子(氦核),而那些被普遍认为属于生命必须元素的物质,如碳和氧都是在后来才由亮度和质量巨大,因此寿命也非常短促的早期恒星在其内部经由核合成机制产生,并以超新星爆发的形式散布到宇宙空间当中。

在德国于利希研究中心JUQUUEN超级计算机上进行的一系列计算机模拟中,梅纳教授和同事们将自然界中轻夸克的质量数值进行了更改,以验证这一数值发生多大程度的变化将会导致大质量恒星内部碳和氧元素的合成过程受阻。最终他们得到的结果是,轻夸克质量上2~3%的变化将不会对大质量恒星内部碳和氧元素的合成造成灾难性的影响。

而在宇宙的开端,当大爆炸发生并产生元素周期表上最初开头的两个元素之时情况则有所不同。梅纳教授表示:“从观测到的元素丰度到自由中子的衰变周期大约为882秒这一事实,大部分幸存下来的中子都会被氦核捕获。你会发现这里对轻夸克的质量变动有一个严格的限定。”他说:“这种严格的限定似乎可以被视作是宇宙人择原理的一项支持证据。很显然,我们可以设想存在很多个宇宙,在每一个宇宙中基本参数都有不同的取值,从而导致其中的环境大大不同于我们所在的宇宙。”

史蒂芬·霍金教授指出,即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现“完全不同的宇宙,即便它非常美丽,但毫无疑问,我们中的任何人都将无法欣赏这种美”。

梅纳教授对此表示赞同:“那样的话,就说明我们所在的宇宙似乎是对我们友好的,而这正是人择原理的基础。”

注定生命出现的物理常数值:宇宙为我们定制?

据物理学家组织网站报道,将近半个世纪以来,理论物理学家们一直在思考一个似乎有些令人困惑的问题,那就是我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。粒子物理标准模型中的那些常数导致了宇宙大爆炸中氢原子核的形成,然后在早期快速诞生的大质量恒星内部合成了碳原子和氧原子,并伴随超新星爆发散布到宇宙空间中去。

我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现完全不同的宇宙,我们所在的宇宙似乎对我们是友好的


这些过程最终为太阳系和行星的出现奠定了基础,让在其中的一颗行星上出现以碳元素为基础,依赖水和氧气生存的生命成为了可能。

最早产生这样一种想法,即认为物理学以及宇宙的演化都遵循人择原理的人是英国剑桥大学的天体物理学家布兰顿·卡特尔(Brandon Carter),当时他还是一名博士后研究员,随后这一想法得到了剑桥大学的史蒂芬·霍金教授以及全球各地大批物理学家们的广泛探讨。

德国学者沃尔夫冈·梅纳(Ulf-G Mei?ner)是德国波恩大学亥姆霍兹研究所理论核物理首席研究员,他为人择原理提供了更多的证据。

在一篇名为《核物理中的人择思考》的研究论文中,梅纳教授对人择原理在天体物理学以及粒子物理学中的体现进行了论述,这篇文章刊载于北京出版的《科学通报》(Science Bulletin)上。在这篇论文中,梅纳教授写道:“人们可以通过一些具体的机制过程,比如元素的产生过程,来对这种相对抽象的论述进行物理学检验。”

他说:“这就需要利用超级计算机,我们在其中对世界进行模拟,并允许我们采用不同于真实世界中的一些基本物理学参数。具体到某个物理学问题,比如我想知道大爆炸中轻元素的产生对轻夸克的质量变化是否敏感;另外,在3-α过程中谐振状态的稳定性如何?”

布兰顿· 卡特尔最初设想的理论是这样的:“我们的宇宙(同时也包括那些其赖以存在的基本物理常数)必须允许观察者在某一阶段出现。”史蒂芬·霍金教授是宇宙大爆炸 和宇宙膨胀方面的专家,他在一系列的专著和论文中介绍和拓展了这一思想。比如在他的畅销书《时间简史》中,霍金教授总结了一系列看上去支持人择原理的天体 物理学现象和常数,并提问道:“为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去,即便是在今天,在经过100亿年之后,仍然在以几乎临界速率膨胀?假如大爆炸之后一秒钟时的宇宙膨胀速率哪怕小上一亿亿分之一,那么我们的宇宙早在变成今天的大小之前便已经重新陷入塌缩。”

梅纳教授在论证其观点时写道:“我们所生活其中的宇宙是由一些特定的参数定义的,这些参数取得某些特定的值,使其似乎专为生命而定制,其中也可能包括地球上的生命。”

他 指出:“比如说,宇宙的年龄必须足够大,从而可以允许星系,恒星和行星,以及第二代和乃至第三代恒星的形成,这些形成时间较晚的恒星体系吸收了由此前已经 消亡的更早的恒星在太空中散播的碳和氧元素。而从更加微观的角度来说,粒子物理标准模型中轻夸克质量的某些基本参数或电磁精细结构常数的取值也必须允许中 子,质子和原子核的形成。”

宇宙大爆炸核合成机制仅仅产生了氢原子核以及α粒子(氦核),而那些被普遍认为属于生命必须元素的物质,如碳和氧都是在后来才由亮度和质量巨大,因此寿命也非常短促的早期恒星在其内部经由核合成机制产生,并以超新星爆发的形式散布到宇宙空间当中。

在德国于利希研究中心JUQUUEN超级计算机上进行的一系列计算机模拟中,梅纳教授和同事们将自然界中轻夸克的质量数值进行了更改,以验证这一数值发生多大程度的变化将会导致大质量恒星内部碳和氧元素的合成过程受阻。最终他们得到的结果是,轻夸克质量上2~3%的变化将不会对大质量恒星内部碳和氧元素的合成造成灾难性的影响。

而在宇宙的开端,当大爆炸发生并产生元素周期表上最初开头的两个元素之时情况则有所不同。梅纳教授表示:“从观测到的元素丰度到自由中子的衰变周期大约为882秒这一事实,大部分幸存下来的中子都会被氦核捕获。你会发现这里对轻夸克的质量变动有一个严格的限定。”他说:“这种严格的限定似乎可以被视作是宇宙人择原理的一项支持证据。很显然,我们可以设想存在很多个宇宙,在每一个宇宙中基本参数都有不同的取值,从而导致其中的环境大大不同于我们所在的宇宙。”

史蒂芬·霍金教授指出,即便是基本物理学参数上发生非常微小的变化也会导致这种多重宇宙中出现“完全不同的宇宙,即便它非常美丽,但毫无疑问,我们中的任何人都将无法欣赏这种美”。

梅纳教授对此表示赞同:“那样的话,就说明我们所在的宇宙似乎是对我们友好的,而这正是人择原理的基础。”

全部中枪:10大被用错的科学术语

许多科学术语已经被人们广泛应用在了日常生活中。不过不幸的是,它们几乎经常是被误用的。一些忍不了的科学家站了出来,希望人们可以认识到这些问题,科学、准确地理解这些科学术语。以下是十个最经常被人们误解的科学术语。

1. 证明(Proof)

物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll ):

我认为在所有科学概念里,最被广泛误解的正是“证明”一词。它本身的科学定义是:在遵从若干假设的条件下,得出某个结论所使用的逻辑论证——这可比口语中的“有充分证据表明”的意思要“高大上”得多。由于科学家的脑海中对一些词汇已经有了更严谨的理解,因此他们表达的含义和大众理解的含义实际并不匹配。根据“证明”的定义,科学实际上没能“证明”任何一件事情!就像当被问到比如:“如何证明我们由其他物种演化而来?”,或者“你能证明人类活动导致了气候变化吗?”时,我们(科学家)倾向于支支吾吾,而不是简单地回答“我能!”科学能够成功的关键要点之一就是,科学从来不真的“证明”什么,而是创造更多可靠的、综合的理论来描述已知世界,同时这些理论也需要我们不断地更新与改进。

试卷答案上“容易证明”四字简直丧(xi)心(wen)病(le)狂(jian)。

2. 理论(Theory)

天体物理学家戴夫·古德堡(Dave Goldberg):

当普罗大众(和一小撮别有用心的人)听到“理论”这个词的时候,他们通常会把它和“想法(idea)”或者“推测(supposition)”划等号。而实际上,理论应该是一套完整的体系,它包含可验证的想法,并且可以通过现有证据或者科学实验证伪。那些最优秀的理论(比如狭义相对论、量子力学和进化论)已经经受住了上百年的考验。试图证伪这些理论的挑战者们包括希望证明自己比爱因斯坦聪明的人,以及不喜欢那些抽象理论颠覆自己世界观的人。当然他们都无一例外的失败了。理论应该是可改进的(malleable),但不是无限的:一个理论可能在后来被证明在某些细节方面是“不完整的”甚至是“错误的”,不过这幢理论“大厦”的“根基”并不会垮塌。进化论自诞生以来已经经过了许多修改,但它的理论核心依然是得到认可的。对“某某某只是一个理论”这句话的误解在于,这似乎意味着一个真正的科学理论微不足道,而事实则大相径庭。

达尔文提出的进化论已经获得了越来越多的证据的支持。图片来源:worldpress.com

3. 量子不确定性(Quantum Uncertainty)与量子怪诞性(Quantum Weirdness)

古德堡还提出了这两个比“理论”误解更深的科学术语。这种误解通常发生在大众接触最新物理学概念时,或者是出于一些精神上的原因:

“这种误解是量子力学上升到精神层面的自我升华,甚至包括憎恶等感情的集中体现”。量子力学以它“不确定”的核心思想而出名。观察者对位置、动量或者能量的测量都会导致不确定的“波函数崩塌”(实际上,我做了一项“你需要多聪明才能导致波函数崩塌”的研究,信不信由你)。但宇宙万物的“不确定性”并不意味着你就是那个掌控一切的人。值得注意(甚至敲响警钟)的是,量子不确定性和量子怪诞性的概念已经和灵魂论、人类征服论甚至伪科学联系在了一起。

要知道,无论如何,我们自己就是一大群量子粒子(质子、中子、电子),并且也是这个量子宇宙的一部分,这简直酷毙了。在量子意义上,一切物理学都很酷。【想看酷酷的物理学?请看果壳文章:量子阴影:物质的本质由你决定? 时间之箭源于量子纠缠?】

量子酷,宏原子更酷。

物理学真是太酷了!不服来战!图片来源:iwastesomuchtime.com

4. 后天学习(Learned)与先天天赋(Innate)

进化生物学家马琳·祖(Marlene Zuk):

我最喜欢(误)的误解就是人们对“学习vs天赋”或者关于其他“后天vs先天”含义的理解。对于前者,我想强调的是,讨论一个行为是否是“遗传的”这个问题本身就有失偏颇——所有的性状都是基因与环境共同塑造的结果,只有对于性状之间的“不同之处”(而不是性状本身)时,我们才会讨论这是先天遗传的还是后天学习的。就像一对同卵双胞胎,如果他们生长环境不同并且做了不同的事情(比如说不同的语言),那么这种“不同”是后天学习造成的;但无论说法语也好说意大利语也罢,这种学习过程不可能凭空发生,所以很明显,他们需要特定的遗传背景给予他们学习的能力。【请看果壳网文章:科学成功学:几分天注定,几分靠打拼?】

学习也是一种天赋。

5. 有机的(Organic)

昆虫学家格温·皮尔森(Gwen Pearson)表示,人们更迷信于一些术语,比如“有机的”、“无化学物质的”和“天然的”:

理论上所有食物都是“有机”的,因为它们都含碳。但我更担心的是,人们对于食物和工业产品之间的区别所知甚少,并常有误解。一个东西,它可以是天然的、有机的,但它依然可能是危险的;而另一个东西,它也许是合成的或者人工制造的,但它却可能是安全的,有时甚至是更有效的,例如胰岛素。胰岛素是由转基因细菌生产的,但它正在挽救成千上万的生命。

6. 天然的(Natural)

大众对天然这个词的误解已经让合成生物学家特里·约翰森(Terry Johnson)十分厌倦了:

“天然”这个词可以用在许多的语境中,表达许多不同的意思,我们几乎不可能一一地解析。而它最基本的用法是用来区别那些人类创造出来的事物和非人类创造的事物。这想法预设了人类和自然是对立的。与河狸或者蜜蜂相比,我们建造的东西都被称作“不天然的”或者“不自然的”。

说起“天然的”食物,这个概念就变得更加模糊了。它在不同的国家有不同的定义,美国食品局甚至放弃了定义“天然食物”(而转投“有机”的怀抱,虽然这个术语的定义同样很模糊)。在加拿大,如果在我出售玉米之前,既不添加东西,也不减少东西,那么我可以说我出售的是“天然的”玉米。但是,玉米本身就是人类几千年来人工选择的结果,它们还种植在一个一切都带有人类痕迹的星球上。

给我来二斤纯天然砒霜!

7. 基因(Gene)

约翰森更担心大众对“基因”的广泛误解:

25位科学家花了两天两夜,对“基因”一词做出了仍有争议的定义:“基因是基因组序列上一个特定的区域,该区域对应一个遗传单位,并与调节、转录和/或其他功能性序列区域相联。”这意味着基因可以看做是DNA上零散分布的基本单位。我们可以这么描述:“基因制造,或者调控制造一些东西。”但这个定义本身就有回旋的余地,毕竟不久之前我们还认为DNA上的大部分序列是没什么作用的“垃圾”呢。但现在我们发现,这仅仅是因为“垃圾”DNA的作用不那么容易被观察到罢了。

一般来说,对“基因”的误解来源于这个描述:“有XXX的基因”。这里面就包含了两个问题:其一,我们都“有血红蛋白的基因”,但不是所有人都会得镰状细胞型贫血;其二,不同的人可能携带血红蛋白的不同等位基因,而这其中有些等位基因和镰状型细胞贫血病有关,有些则不会。所以遗传病指的是患者家族中携带的等位基因有潜在问题,而且家族中只有一部分人会患病的疾病。基因不是什么坏东西——相信我,没了血红蛋白人可活不长——尽管特定版本的血红蛋白基因可能是有问题的。

我最担心的就是人们将“基因变异”和一些(疾病)直接联系在一起。大众会觉得“就是这个基因导致了心脏病”,而不知道事实是“有这种(变异的)等位基因可能会稍微增加患心脏病的风险,但我们还不知道其中的原理是什么。这种突变也许会对人有某些额外的好处,但我们还不知道这些好处是啥因为我们压根儿还没开始找呢!”

“基因”躺着也中枪。另外,还有人记得它么:

图片来源:zhen-ao.com

8. 统计显著性(Statistically Significant)

数学家约旦·艾伦堡(Jordan Ellenberg):

“统计显著性”这个词是科学家最想重新命名的科学术语之一。“显著”二字突出了重要性,但英国统计学家费舍尔(R.A. Fisher)发明的统计学显著检验并不是用来衡量某种影响(effect)的重要性或者尺寸的,而是帮助我们使用统计学方法来检验某种影响是否与零假设区分开,因此把它称为“统计辨识度”可能会更好。【关于统计学还有什么误会?请看:统计学里“P”的故事:蚊子、皇帝的新衣和不育的风流才子】

9. 适者生存(Survival of the Fittest)

古生态学家贾坤里·吉尔(Jacquelyn Gill)表示大众误解了进化论的一些基本原理:

就我而言,“适者生存”是最被人所误解的术语之一。首先,这句话并非达尔文的原话;其次,大众对“适者”的含义理解得不准确。这种混淆包括“演化是渐进的且有方向的”的这一观念(甚至认为有机体的某一部分是“有意”设计出来的),或者“所有性状都必须是最适应环境的”。(性选择很重要!还有随机突变也是!)

“适者”并不意味着这种生物就是最强壮的或者最聪明的。这仅仅意味着它是最适应自己生存环境的生物,而它可以是任何一种样子:“最小的”、“最粘的”、“最毒的”甚至是“缺水条件下坚持时间最长的”。此外,生物的演化也不全是为了适应环境,漫长的演化之路上,随机突变或者更吸引异性的特质耶同样发挥了重要作用。

雄性蓝孔雀华丽的尾羽可以说完全不利于它的生存,但是雌性就是喜欢,这就是性选择。图片来源:publicdomainpictures.net

没割阑尾,感觉自己萌!萌!哒!

10. 地质时间尺度(Geologic Timescales)

吉尔同样表示,大众对地球的时间尺度同样知之甚少:

我经常碰到的问题是,大众缺乏对地质时间尺度的理解。在大众的脑海中,“史前”的一切都被压缩了,比如有人觉得两万年前地球上生存着于现在完全不同的生物(错!),或者恐龙就生活在那个时代(大错特错!)。市面上常把塑料恐龙模型和穴居人、猛犸象一起售卖,这对理解地质时间尺度可没什么帮助。【地质时间的尺度有多大?大到穿越5亿年又如何!】

PS:看完上面这些,“纳米”表示它不服。

全部中枪:10大被用错的科学术语

许多科学术语已经被人们广泛应用在了日常生活中。不过不幸的是,它们几乎经常是被误用的。一些忍不了的科学家站了出来,希望人们可以认识到这些问题,科学、准确地理解这些科学术语。以下是十个最经常被人们误解的科学术语。

1. 证明(Proof)

物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll ):

我认为在所有科学概念里,最被广泛误解的正是“证明”一词。它本身的科学定义是:在遵从若干假设的条件下,得出某个结论所使用的逻辑论证——这可比口语中的“有充分证据表明”的意思要“高大上”得多。由于科学家的脑海中对一些词汇已经有了更严谨的理解,因此他们表达的含义和大众理解的含义实际并不匹配。根据“证明”的定义,科学实际上没能“证明”任何一件事情!就像当被问到比如:“如何证明我们由其他物种演化而来?”,或者“你能证明人类活动导致了气候变化吗?”时,我们(科学家)倾向于支支吾吾,而不是简单地回答“我能!”科学能够成功的关键要点之一就是,科学从来不真的“证明”什么,而是创造更多可靠的、综合的理论来描述已知世界,同时这些理论也需要我们不断地更新与改进。

试卷答案上“容易证明”四字简直丧(xi)心(wen)病(le)狂(jian)。

2. 理论(Theory)

天体物理学家戴夫·古德堡(Dave Goldberg):

当普罗大众(和一小撮别有用心的人)听到“理论”这个词的时候,他们通常会把它和“想法(idea)”或者“推测(supposition)”划等号。而实际上,理论应该是一套完整的体系,它包含可验证的想法,并且可以通过现有证据或者科学实验证伪。那些最优秀的理论(比如狭义相对论、量子力学和进化论)已经经受住了上百年的考验。试图证伪这些理论的挑战者们包括希望证明自己比爱因斯坦聪明的人,以及不喜欢那些抽象理论颠覆自己世界观的人。当然他们都无一例外的失败了。理论应该是可改进的(malleable),但不是无限的:一个理论可能在后来被证明在某些细节方面是“不完整的”甚至是“错误的”,不过这幢理论“大厦”的“根基”并不会垮塌。进化论自诞生以来已经经过了许多修改,但它的理论核心依然是得到认可的。对“某某某只是一个理论”这句话的误解在于,这似乎意味着一个真正的科学理论微不足道,而事实则大相径庭。

达尔文提出的进化论已经获得了越来越多的证据的支持。图片来源:worldpress.com

3. 量子不确定性(Quantum Uncertainty)与量子怪诞性(Quantum Weirdness)

古德堡还提出了这两个比“理论”误解更深的科学术语。这种误解通常发生在大众接触最新物理学概念时,或者是出于一些精神上的原因:

“这种误解是量子力学上升到精神层面的自我升华,甚至包括憎恶等感情的集中体现”。量子力学以它“不确定”的核心思想而出名。观察者对位置、动量或者能量的测量都会导致不确定的“波函数崩塌”(实际上,我做了一项“你需要多聪明才能导致波函数崩塌”的研究,信不信由你)。但宇宙万物的“不确定性”并不意味着你就是那个掌控一切的人。值得注意(甚至敲响警钟)的是,量子不确定性和量子怪诞性的概念已经和灵魂论、人类征服论甚至伪科学联系在了一起。

要知道,无论如何,我们自己就是一大群量子粒子(质子、中子、电子),并且也是这个量子宇宙的一部分,这简直酷毙了。在量子意义上,一切物理学都很酷。【想看酷酷的物理学?请看果壳文章:量子阴影:物质的本质由你决定? 时间之箭源于量子纠缠?】

量子酷,宏原子更酷。

物理学真是太酷了!不服来战!图片来源:iwastesomuchtime.com

4. 后天学习(Learned)与先天天赋(Innate)

进化生物学家马琳·祖(Marlene Zuk):

我最喜欢(误)的误解就是人们对“学习vs天赋”或者关于其他“后天vs先天”含义的理解。对于前者,我想强调的是,讨论一个行为是否是“遗传的”这个问题本身就有失偏颇——所有的性状都是基因与环境共同塑造的结果,只有对于性状之间的“不同之处”(而不是性状本身)时,我们才会讨论这是先天遗传的还是后天学习的。就像一对同卵双胞胎,如果他们生长环境不同并且做了不同的事情(比如说不同的语言),那么这种“不同”是后天学习造成的;但无论说法语也好说意大利语也罢,这种学习过程不可能凭空发生,所以很明显,他们需要特定的遗传背景给予他们学习的能力。【请看果壳网文章:科学成功学:几分天注定,几分靠打拼?】

学习也是一种天赋。

5. 有机的(Organic)

昆虫学家格温·皮尔森(Gwen Pearson)表示,人们更迷信于一些术语,比如“有机的”、“无化学物质的”和“天然的”:

理论上所有食物都是“有机”的,因为它们都含碳。但我更担心的是,人们对于食物和工业产品之间的区别所知甚少,并常有误解。一个东西,它可以是天然的、有机的,但它依然可能是危险的;而另一个东西,它也许是合成的或者人工制造的,但它却可能是安全的,有时甚至是更有效的,例如胰岛素。胰岛素是由转基因细菌生产的,但它正在挽救成千上万的生命。

6. 天然的(Natural)

大众对天然这个词的误解已经让合成生物学家特里·约翰森(Terry Johnson)十分厌倦了:

“天然”这个词可以用在许多的语境中,表达许多不同的意思,我们几乎不可能一一地解析。而它最基本的用法是用来区别那些人类创造出来的事物和非人类创造的事物。这想法预设了人类和自然是对立的。与河狸或者蜜蜂相比,我们建造的东西都被称作“不天然的”或者“不自然的”。

说起“天然的”食物,这个概念就变得更加模糊了。它在不同的国家有不同的定义,美国食品局甚至放弃了定义“天然食物”(而转投“有机”的怀抱,虽然这个术语的定义同样很模糊)。在加拿大,如果在我出售玉米之前,既不添加东西,也不减少东西,那么我可以说我出售的是“天然的”玉米。但是,玉米本身就是人类几千年来人工选择的结果,它们还种植在一个一切都带有人类痕迹的星球上。

给我来二斤纯天然砒霜!

7. 基因(Gene)

约翰森更担心大众对“基因”的广泛误解:

25位科学家花了两天两夜,对“基因”一词做出了仍有争议的定义:“基因是基因组序列上一个特定的区域,该区域对应一个遗传单位,并与调节、转录和/或其他功能性序列区域相联。”这意味着基因可以看做是DNA上零散分布的基本单位。我们可以这么描述:“基因制造,或者调控制造一些东西。”但这个定义本身就有回旋的余地,毕竟不久之前我们还认为DNA上的大部分序列是没什么作用的“垃圾”呢。但现在我们发现,这仅仅是因为“垃圾”DNA的作用不那么容易被观察到罢了。

一般来说,对“基因”的误解来源于这个描述:“有XXX的基因”。这里面就包含了两个问题:其一,我们都“有血红蛋白的基因”,但不是所有人都会得镰状细胞型贫血;其二,不同的人可能携带血红蛋白的不同等位基因,而这其中有些等位基因和镰状型细胞贫血病有关,有些则不会。所以遗传病指的是患者家族中携带的等位基因有潜在问题,而且家族中只有一部分人会患病的疾病。基因不是什么坏东西——相信我,没了血红蛋白人可活不长——尽管特定版本的血红蛋白基因可能是有问题的。

我最担心的就是人们将“基因变异”和一些(疾病)直接联系在一起。大众会觉得“就是这个基因导致了心脏病”,而不知道事实是“有这种(变异的)等位基因可能会稍微增加患心脏病的风险,但我们还不知道其中的原理是什么。这种突变也许会对人有某些额外的好处,但我们还不知道这些好处是啥因为我们压根儿还没开始找呢!”

“基因”躺着也中枪。另外,还有人记得它么:

图片来源:zhen-ao.com

8. 统计显著性(Statistically Significant)

数学家约旦·艾伦堡(Jordan Ellenberg):

“统计显著性”这个词是科学家最想重新命名的科学术语之一。“显著”二字突出了重要性,但英国统计学家费舍尔(R.A. Fisher)发明的统计学显著检验并不是用来衡量某种影响(effect)的重要性或者尺寸的,而是帮助我们使用统计学方法来检验某种影响是否与零假设区分开,因此把它称为“统计辨识度”可能会更好。【关于统计学还有什么误会?请看:统计学里“P”的故事:蚊子、皇帝的新衣和不育的风流才子】

9. 适者生存(Survival of the Fittest)

古生态学家贾坤里·吉尔(Jacquelyn Gill)表示大众误解了进化论的一些基本原理:

就我而言,“适者生存”是最被人所误解的术语之一。首先,这句话并非达尔文的原话;其次,大众对“适者”的含义理解得不准确。这种混淆包括“演化是渐进的且有方向的”的这一观念(甚至认为有机体的某一部分是“有意”设计出来的),或者“所有性状都必须是最适应环境的”。(性选择很重要!还有随机突变也是!)

“适者”并不意味着这种生物就是最强壮的或者最聪明的。这仅仅意味着它是最适应自己生存环境的生物,而它可以是任何一种样子:“最小的”、“最粘的”、“最毒的”甚至是“缺水条件下坚持时间最长的”。此外,生物的演化也不全是为了适应环境,漫长的演化之路上,随机突变或者更吸引异性的特质耶同样发挥了重要作用。

雄性蓝孔雀华丽的尾羽可以说完全不利于它的生存,但是雌性就是喜欢,这就是性选择。图片来源:publicdomainpictures.net

没割阑尾,感觉自己萌!萌!哒!

10. 地质时间尺度(Geologic Timescales)

吉尔同样表示,大众对地球的时间尺度同样知之甚少:

我经常碰到的问题是,大众缺乏对地质时间尺度的理解。在大众的脑海中,“史前”的一切都被压缩了,比如有人觉得两万年前地球上生存着于现在完全不同的生物(错!),或者恐龙就生活在那个时代(大错特错!)。市面上常把塑料恐龙模型和穴居人、猛犸象一起售卖,这对理解地质时间尺度可没什么帮助。【地质时间的尺度有多大?大到穿越5亿年又如何!】

PS:看完上面这些,“纳米”表示它不服。

全部中枪:10大被用错的科学术语

许多科学术语已经被人们广泛应用在了日常生活中。不过不幸的是,它们几乎经常是被误用的。一些忍不了的科学家站了出来,希望人们可以认识到这些问题,科学、准确地理解这些科学术语。以下是十个最经常被人们误解的科学术语。

1. 证明(Proof)

物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll ):

我认为在所有科学概念里,最被广泛误解的正是“证明”一词。它本身的科学定义是:在遵从若干假设的条件下,得出某个结论所使用的逻辑论证——这可比口语中的“有充分证据表明”的意思要“高大上”得多。由于科学家的脑海中对一些词汇已经有了更严谨的理解,因此他们表达的含义和大众理解的含义实际并不匹配。根据“证明”的定义,科学实际上没能“证明”任何一件事情!就像当被问到比如:“如何证明我们由其他物种演化而来?”,或者“你能证明人类活动导致了气候变化吗?”时,我们(科学家)倾向于支支吾吾,而不是简单地回答“我能!”科学能够成功的关键要点之一就是,科学从来不真的“证明”什么,而是创造更多可靠的、综合的理论来描述已知世界,同时这些理论也需要我们不断地更新与改进。

试卷答案上“容易证明”四字简直丧(xi)心(wen)病(le)狂(jian)。

2. 理论(Theory)

天体物理学家戴夫·古德堡(Dave Goldberg):

当普罗大众(和一小撮别有用心的人)听到“理论”这个词的时候,他们通常会把它和“想法(idea)”或者“推测(supposition)”划等号。而实际上,理论应该是一套完整的体系,它包含可验证的想法,并且可以通过现有证据或者科学实验证伪。那些最优秀的理论(比如狭义相对论、量子力学和进化论)已经经受住了上百年的考验。试图证伪这些理论的挑战者们包括希望证明自己比爱因斯坦聪明的人,以及不喜欢那些抽象理论颠覆自己世界观的人。当然他们都无一例外的失败了。理论应该是可改进的(malleable),但不是无限的:一个理论可能在后来被证明在某些细节方面是“不完整的”甚至是“错误的”,不过这幢理论“大厦”的“根基”并不会垮塌。进化论自诞生以来已经经过了许多修改,但它的理论核心依然是得到认可的。对“某某某只是一个理论”这句话的误解在于,这似乎意味着一个真正的科学理论微不足道,而事实则大相径庭。

达尔文提出的进化论已经获得了越来越多的证据的支持。图片来源:worldpress.com

3. 量子不确定性(Quantum Uncertainty)与量子怪诞性(Quantum Weirdness)

古德堡还提出了这两个比“理论”误解更深的科学术语。这种误解通常发生在大众接触最新物理学概念时,或者是出于一些精神上的原因:

“这种误解是量子力学上升到精神层面的自我升华,甚至包括憎恶等感情的集中体现”。量子力学以它“不确定”的核心思想而出名。观察者对位置、动量或者能量的测量都会导致不确定的“波函数崩塌”(实际上,我做了一项“你需要多聪明才能导致波函数崩塌”的研究,信不信由你)。但宇宙万物的“不确定性”并不意味着你就是那个掌控一切的人。值得注意(甚至敲响警钟)的是,量子不确定性和量子怪诞性的概念已经和灵魂论、人类征服论甚至伪科学联系在了一起。

要知道,无论如何,我们自己就是一大群量子粒子(质子、中子、电子),并且也是这个量子宇宙的一部分,这简直酷毙了。在量子意义上,一切物理学都很酷。【想看酷酷的物理学?请看果壳文章:量子阴影:物质的本质由你决定? 时间之箭源于量子纠缠?】

量子酷,宏原子更酷。

物理学真是太酷了!不服来战!图片来源:iwastesomuchtime.com

4. 后天学习(Learned)与先天天赋(Innate)

进化生物学家马琳·祖(Marlene Zuk):

我最喜欢(误)的误解就是人们对“学习vs天赋”或者关于其他“后天vs先天”含义的理解。对于前者,我想强调的是,讨论一个行为是否是“遗传的”这个问题本身就有失偏颇——所有的性状都是基因与环境共同塑造的结果,只有对于性状之间的“不同之处”(而不是性状本身)时,我们才会讨论这是先天遗传的还是后天学习的。就像一对同卵双胞胎,如果他们生长环境不同并且做了不同的事情(比如说不同的语言),那么这种“不同”是后天学习造成的;但无论说法语也好说意大利语也罢,这种学习过程不可能凭空发生,所以很明显,他们需要特定的遗传背景给予他们学习的能力。【请看果壳网文章:科学成功学:几分天注定,几分靠打拼?】

学习也是一种天赋。

5. 有机的(Organic)

昆虫学家格温·皮尔森(Gwen Pearson)表示,人们更迷信于一些术语,比如“有机的”、“无化学物质的”和“天然的”:

理论上所有食物都是“有机”的,因为它们都含碳。但我更担心的是,人们对于食物和工业产品之间的区别所知甚少,并常有误解。一个东西,它可以是天然的、有机的,但它依然可能是危险的;而另一个东西,它也许是合成的或者人工制造的,但它却可能是安全的,有时甚至是更有效的,例如胰岛素。胰岛素是由转基因细菌生产的,但它正在挽救成千上万的生命。

6. 天然的(Natural)

大众对天然这个词的误解已经让合成生物学家特里·约翰森(Terry Johnson)十分厌倦了:

“天然”这个词可以用在许多的语境中,表达许多不同的意思,我们几乎不可能一一地解析。而它最基本的用法是用来区别那些人类创造出来的事物和非人类创造的事物。这想法预设了人类和自然是对立的。与河狸或者蜜蜂相比,我们建造的东西都被称作“不天然的”或者“不自然的”。

说起“天然的”食物,这个概念就变得更加模糊了。它在不同的国家有不同的定义,美国食品局甚至放弃了定义“天然食物”(而转投“有机”的怀抱,虽然这个术语的定义同样很模糊)。在加拿大,如果在我出售玉米之前,既不添加东西,也不减少东西,那么我可以说我出售的是“天然的”玉米。但是,玉米本身就是人类几千年来人工选择的结果,它们还种植在一个一切都带有人类痕迹的星球上。

给我来二斤纯天然砒霜!

7. 基因(Gene)

约翰森更担心大众对“基因”的广泛误解:

25位科学家花了两天两夜,对“基因”一词做出了仍有争议的定义:“基因是基因组序列上一个特定的区域,该区域对应一个遗传单位,并与调节、转录和/或其他功能性序列区域相联。”这意味着基因可以看做是DNA上零散分布的基本单位。我们可以这么描述:“基因制造,或者调控制造一些东西。”但这个定义本身就有回旋的余地,毕竟不久之前我们还认为DNA上的大部分序列是没什么作用的“垃圾”呢。但现在我们发现,这仅仅是因为“垃圾”DNA的作用不那么容易被观察到罢了。

一般来说,对“基因”的误解来源于这个描述:“有XXX的基因”。这里面就包含了两个问题:其一,我们都“有血红蛋白的基因”,但不是所有人都会得镰状细胞型贫血;其二,不同的人可能携带血红蛋白的不同等位基因,而这其中有些等位基因和镰状型细胞贫血病有关,有些则不会。所以遗传病指的是患者家族中携带的等位基因有潜在问题,而且家族中只有一部分人会患病的疾病。基因不是什么坏东西——相信我,没了血红蛋白人可活不长——尽管特定版本的血红蛋白基因可能是有问题的。

我最担心的就是人们将“基因变异”和一些(疾病)直接联系在一起。大众会觉得“就是这个基因导致了心脏病”,而不知道事实是“有这种(变异的)等位基因可能会稍微增加患心脏病的风险,但我们还不知道其中的原理是什么。这种突变也许会对人有某些额外的好处,但我们还不知道这些好处是啥因为我们压根儿还没开始找呢!”

“基因”躺着也中枪。另外,还有人记得它么:

图片来源:zhen-ao.com

8. 统计显著性(Statistically Significant)

数学家约旦·艾伦堡(Jordan Ellenberg):

“统计显著性”这个词是科学家最想重新命名的科学术语之一。“显著”二字突出了重要性,但英国统计学家费舍尔(R.A. Fisher)发明的统计学显著检验并不是用来衡量某种影响(effect)的重要性或者尺寸的,而是帮助我们使用统计学方法来检验某种影响是否与零假设区分开,因此把它称为“统计辨识度”可能会更好。【关于统计学还有什么误会?请看:统计学里“P”的故事:蚊子、皇帝的新衣和不育的风流才子】

9. 适者生存(Survival of the Fittest)

古生态学家贾坤里·吉尔(Jacquelyn Gill)表示大众误解了进化论的一些基本原理:

就我而言,“适者生存”是最被人所误解的术语之一。首先,这句话并非达尔文的原话;其次,大众对“适者”的含义理解得不准确。这种混淆包括“演化是渐进的且有方向的”的这一观念(甚至认为有机体的某一部分是“有意”设计出来的),或者“所有性状都必须是最适应环境的”。(性选择很重要!还有随机突变也是!)

“适者”并不意味着这种生物就是最强壮的或者最聪明的。这仅仅意味着它是最适应自己生存环境的生物,而它可以是任何一种样子:“最小的”、“最粘的”、“最毒的”甚至是“缺水条件下坚持时间最长的”。此外,生物的演化也不全是为了适应环境,漫长的演化之路上,随机突变或者更吸引异性的特质耶同样发挥了重要作用。

雄性蓝孔雀华丽的尾羽可以说完全不利于它的生存,但是雌性就是喜欢,这就是性选择。图片来源:publicdomainpictures.net

没割阑尾,感觉自己萌!萌!哒!

10. 地质时间尺度(Geologic Timescales)

吉尔同样表示,大众对地球的时间尺度同样知之甚少:

我经常碰到的问题是,大众缺乏对地质时间尺度的理解。在大众的脑海中,“史前”的一切都被压缩了,比如有人觉得两万年前地球上生存着于现在完全不同的生物(错!),或者恐龙就生活在那个时代(大错特错!)。市面上常把塑料恐龙模型和穴居人、猛犸象一起售卖,这对理解地质时间尺度可没什么帮助。【地质时间的尺度有多大?大到穿越5亿年又如何!】

PS:看完上面这些,“纳米”表示它不服。

牛!人类首次让光停止传播60秒

据国外媒体报道,在爱因斯坦的相对论框架中,光速被认为是无法“超越”的,这个宇宙中的“极限速度”一直是科学家突破的目标,如果我们无法实现超光速运行,那么是否可以将光速减慢?来自德国达姆施塔特大学的研究人员成功将光“困”在晶体中长达60秒,该技术是实现并提高量子通信技术的关键一步。

宇宙真空环境中传播速度最快的光也无法逃脱人类的控制,特殊的晶体介质将光的速度降低,并彻底让它“停止”,来自英国圣安德鲁斯大学科学家托马斯·克劳斯认为一分钟对于控制光速的实验而言已经是非常非常长了,这是一个重要的里程碑!

哈佛大学的科学家们此前已经成功将光“限速”,并再次恢复光的速度,但是哈佛的实验只将光速限制在千分之一秒内,光速被限制后仅为48公里每小时(38英里每小时)

早在1999年,哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard使用接近绝对零度的超流性气态原子云成功将一受控光束的速度降低至每秒17米,两年后将光速受控停止在一个时间区间内。

光速是目前宇宙真空环境中的“极限速度”,爱因斯坦相对论不允许物体的运动速度超过光速,光的速度为每秒186,282英里,确切说只要1.2862秒就能抵达月球。

为了使宇宙速度最快的光“停止”下来,德国科学家使用了一种被称为电磁感应透明效应(EIT)技术,通过量子相干效应使得光原子共振吸收频率上变得透明,在EIT形成的频谱上,只有一定频率范围内存在透明和不吸收的通道,因此德国科学家在设计实验过程中需要对光脉冲的频宽进行控制。

事实上,电磁感应透明效应是三能级系统中量子干涉的结果,其光谱理论计算通常是利用基于原子密度矩阵的光学布拉赫方程式。

在本次实验中,科学家将受控光速指向含有镨元素的硅酸钇晶体,通过控制激光束调节晶体的透明态和不透明态,使入射光束无法折射,最终在原子自旋的介入下控制光子携带的信息。

此前也有相关实验将受控光速注入低温铷(87Rb)原子介质,达到降低光速的目的,利用偏极梯度冷却法和压缩式磁光陷阱增加受控原子团的密度。

另外,哈佛–史密森天文物理中心也对该课题进行了研究,同样采用玻色–爱因斯坦凝聚体原子团将光子携带的信息冻结,速度开始降低,最终存储时间达到1毫秒,这些实验对量子通讯有着很大的意义。

牛!人类首次让光停止传播60秒

据国外媒体报道,在爱因斯坦的相对论框架中,光速被认为是无法“超越”的,这个宇宙中的“极限速度”一直是科学家突破的目标,如果我们无法实现超光速运行,那么是否可以将光速减慢?来自德国达姆施塔特大学的研究人员成功将光“困”在晶体中长达60秒,该技术是实现并提高量子通信技术的关键一步。

宇宙真空环境中传播速度最快的光也无法逃脱人类的控制,特殊的晶体介质将光的速度降低,并彻底让它“停止”,来自英国圣安德鲁斯大学科学家托马斯·克劳斯认为一分钟对于控制光速的实验而言已经是非常非常长了,这是一个重要的里程碑!

哈佛大学的科学家们此前已经成功将光“限速”,并再次恢复光的速度,但是哈佛的实验只将光速限制在千分之一秒内,光速被限制后仅为48公里每小时(38英里每小时)

早在1999年,哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard使用接近绝对零度的超流性气态原子云成功将一受控光束的速度降低至每秒17米,两年后将光速受控停止在一个时间区间内。

光速是目前宇宙真空环境中的“极限速度”,爱因斯坦相对论不允许物体的运动速度超过光速,光的速度为每秒186,282英里,确切说只要1.2862秒就能抵达月球。

为了使宇宙速度最快的光“停止”下来,德国科学家使用了一种被称为电磁感应透明效应(EIT)技术,通过量子相干效应使得光原子共振吸收频率上变得透明,在EIT形成的频谱上,只有一定频率范围内存在透明和不吸收的通道,因此德国科学家在设计实验过程中需要对光脉冲的频宽进行控制。

事实上,电磁感应透明效应是三能级系统中量子干涉的结果,其光谱理论计算通常是利用基于原子密度矩阵的光学布拉赫方程式。

在本次实验中,科学家将受控光速指向含有镨元素的硅酸钇晶体,通过控制激光束调节晶体的透明态和不透明态,使入射光束无法折射,最终在原子自旋的介入下控制光子携带的信息。

此前也有相关实验将受控光速注入低温铷(87Rb)原子介质,达到降低光速的目的,利用偏极梯度冷却法和压缩式磁光陷阱增加受控原子团的密度。

另外,哈佛–史密森天文物理中心也对该课题进行了研究,同样采用玻色–爱因斯坦凝聚体原子团将光子携带的信息冻结,速度开始降低,最终存储时间达到1毫秒,这些实验对量子通讯有着很大的意义。

牛!人类首次让光停止传播60秒

据国外媒体报道,在爱因斯坦的相对论框架中,光速被认为是无法“超越”的,这个宇宙中的“极限速度”一直是科学家突破的目标,如果我们无法实现超光速运行,那么是否可以将光速减慢?来自德国达姆施塔特大学的研究人员成功将光“困”在晶体中长达60秒,该技术是实现并提高量子通信技术的关键一步。

宇宙真空环境中传播速度最快的光也无法逃脱人类的控制,特殊的晶体介质将光的速度降低,并彻底让它“停止”,来自英国圣安德鲁斯大学科学家托马斯·克劳斯认为一分钟对于控制光速的实验而言已经是非常非常长了,这是一个重要的里程碑!

哈佛大学的科学家们此前已经成功将光“限速”,并再次恢复光的速度,但是哈佛的实验只将光速限制在千分之一秒内,光速被限制后仅为48公里每小时(38英里每小时)

早在1999年,哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard使用接近绝对零度的超流性气态原子云成功将一受控光束的速度降低至每秒17米,两年后将光速受控停止在一个时间区间内。

光速是目前宇宙真空环境中的“极限速度”,爱因斯坦相对论不允许物体的运动速度超过光速,光的速度为每秒186,282英里,确切说只要1.2862秒就能抵达月球。

为了使宇宙速度最快的光“停止”下来,德国科学家使用了一种被称为电磁感应透明效应(EIT)技术,通过量子相干效应使得光原子共振吸收频率上变得透明,在EIT形成的频谱上,只有一定频率范围内存在透明和不吸收的通道,因此德国科学家在设计实验过程中需要对光脉冲的频宽进行控制。

事实上,电磁感应透明效应是三能级系统中量子干涉的结果,其光谱理论计算通常是利用基于原子密度矩阵的光学布拉赫方程式。

在本次实验中,科学家将受控光速指向含有镨元素的硅酸钇晶体,通过控制激光束调节晶体的透明态和不透明态,使入射光束无法折射,最终在原子自旋的介入下控制光子携带的信息。

此前也有相关实验将受控光速注入低温铷(87Rb)原子介质,达到降低光速的目的,利用偏极梯度冷却法和压缩式磁光陷阱增加受控原子团的密度。

另外,哈佛–史密森天文物理中心也对该课题进行了研究,同样采用玻色–爱因斯坦凝聚体原子团将光子携带的信息冻结,速度开始降低,最终存储时间达到1毫秒,这些实验对量子通讯有着很大的意义。

预言300年后的人类,惊呆了

想知道今后的人类是怎样的吗?那就来看看吧!

10年后,三维全息虚拟技术将进入生活,人们可以面对面交流。

15年后,世界首架“空气动力”无翼电磁空中飞行器将在美国问世,它能够盘旋垂直起飞(其实也就是第1代飞碟)。只要在普通玻璃窗上加一层涂层就能采集太阳能并供能的“太阳能玻璃”进入千家。

20年后,量子效应集成电路制造术的突破将使量子计算机逐步进入实用阶段,计算机的使用会越来越简单。计算机存储器和处理器将集中在一个芯片内,使信息的采集、传输、存储、处理等功能集成在一起。量子计算机将以无型性广泛存在于各种机器中。个人量子计算机将主要采用人体生物电作为能量供给,随身携带将更便捷。眼罩式显示器将成为个人计算机配置的主流模式。

25年后,氢燃料电池技术将给交通运输领域带来革命,氢燃料电池汽车将开始中批量生产。

30年后人类首次登陆火星。量子发电机将应运而生。超越“量子效应障碍”的技术将达到实用化水平,采用纳米技术生产芯片,纳米计算机将投入批量生产,科学家们甚至将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置。将在白令海峡建成海底隧道,连接世界五大洲100多个国家的环球高速公路将建成。

50年后人类厌倦了每天的生活,上百万人用冷冻法让自己“移民”到未来以寻求刺激(国家法律将开始解禁活人人体冷冻)。将有存在器官损伤的人用上从自身体内克隆的器官,因此不会有任何排斥反应。

60年后科学家将在月球天然巨型火山洞内造直径为500米的液态光学望远镜。世界上第一个实验性正电子反应堆诞生,这标志着人类正式进入反物质能时代。

70年后真空管道磁悬浮列车在全球范围内进行商业运行,将把北京和纽约纳入1小时交通圈。再过些时日,它将突破技术瓶颈,时速达18000公里。

75年后开发出预防恶性肿瘤的新技术——对人体细胞DNA复制的人工程序化控制:检测与修复,这是人类攻克癌症的一大胜利。成千上万的纳米机器人成为人体内第四种血细胞,负责清除血液中的油脂,清除血栓、疏通血管。

90年后对神经病学的研究将能理解各种感官并且会直接运用这种成果,做出一种能够模拟人类所有感观信息的“大脑帽”。任何人戴上这顶帽子,都能进入虚拟现实空间,体验整个虚拟世界,这项技术的广泛发展将导致整个影视游戏娱乐业发生根本性质的革命。医生们戴上这顶帽子,可以体验病人的症状。游戏者通过它,可以组建另一个虚拟世界。(现代网络小说中的头盔式游戏)【人机结合第一步】

120年后世界第一艘天空母舰建成,外形雪茄状,长2公里,小型飞行器从“雪茄”的一端口飞进,从另一端口飞出,世界战争格局将完全改观。世界第一个太空城市将开始建造,将陆续有移民迁入。人与机器之间的交流将更便捷于人类之间的交流,机器可以读懂或理解人类的思想;人类也可以把脑电波转为电波信号,直接用意志操控电脑系统或任何机器,甚至演奏乐器也无需动手。【人机结合第二步】

140年后,人造智能将达到人脑的水平,人机智能对话成为可能,图灵测试则将在某些特定领域变为现实。人工智能将开始代替人类的大部分智力劳动,更多更优良的新型机器将由同样属于机器的人工智能设计并制造出来,从而实现机器的设计与制造的全自动化。此外,人工智能将具备模糊思维、柔性思维能力。从此,地球上将有两种聪明的物种同时存在。等待人们将是一个机械化的天堂。智能机器人开始大规模地代替产业工人,同时机器人也将进入千家万户包揽烦琐的家务。难以想象的舒适生活将使人们过上富有的、游手好闲的日子。人类退休了,这是走向生物后社会的第一步。

160年后人类史上第一座高度超过6000米的摩天巨塔竣工,将有200万人生活学习工作在其内。在大楼顶层氧气浓度将与地面上一样。之后,地球将进入超巨型建筑的时代。

165年后大规模开发月球,将在月球上深达40公里的巨型火山洞中建筑新城市,用水将取自于贮存于月球南北两极的冰。火山洞内与外界将全封闭,内部充满与地球上一样的大气,人类在洞内可以不穿太空服自由活动。并且,用月球上储量丰富的氦-3来进行核聚变发电,再通过巨型红外线发射器用以大量供应地球。

180年后在技术上解决了辐射反馈等艰巨困难之后,人类史上首个“虫洞”型时间机器诞生,首次短期时间旅行试验圆满成功。人类即将进入“大时空航行时代”。遨游于地球上各个不同历史时空,整个地球史将成为整体。同时让众多已绝种的物种再生,甚至包括恐龙。届时,真正意义上的“史前公园”出现。在普通餐馆里将有恐龙蛋供你品尝。

200年后人类造出“真人体性爱机器人”,以满足人类的性需求。这种机器人除了大脑是生化机器外,全身其他部位均由真正的人体所组成。此外,还发明了“高仿真性爱机器人”,它的“皮肤”与“软组织”在视觉和触觉方面的仿真度将达到真人的99%。它们的出现不仅制造出大量的独身者,甚至造成一夫一妻制的逐渐瓦解,此外还将对传统娼妓业造成毁灭性打击。

220年后,对于人类大脑生理学方面的研究将突破临界点,继而创造出可让人类无需睡眠的机器,促使人类整个生命历程将发生极大改观。

250年后,记忆将能够移植——充分理解细胞的语言,科学家将制造出能够支持大脑记忆库的芯片,教育制度将发生本质性的转变,学位颁授制度将废除,所有学校将消失。

280年后,没有通过人工基因改造的人类将越来越少,地球上将形成以后人类为主的人类社会。后人类个个形象俊美,肤色黝黑,这是为了适应外太空强宇宙辐射的恶劣环镜。