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        應(yīng)用研究結(jié)奇葩

        2012-01-28 10:58:02
        自然雜志 2012年1期
        關(guān)鍵詞:研究

        關(guān) 毅(本刊特約記者)

        新年伊始,萬象更新。正如悄然來臨的2012年一樣,基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的交融也在不經(jīng)意間為我們展現(xiàn)了一朵朵科學(xué)奇葩。就在年初,科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線,為量子計(jì)算機(jī)的研制又添了一把柴;可捕獲損失能量的新型太陽能電池的問世,為新一代更高效太陽能電池的開發(fā)鋪平了道路;因?yàn)榘l(fā)明了世界上最小的“耳朵”,將開啟“聲學(xué)顯微術(shù)”這一全新領(lǐng)域;而科學(xué)家合成抗瘧藥物青蒿素的新方法,將使全球成千上萬的瘧疾患者掙脫死神的懷抱?;A(chǔ)研究與應(yīng)用研究就如同水和魚的關(guān)系。沒有水也就談不上魚,但哪個(gè)漁夫不想多打幾條魚呢?愿水更深、魚更肥。

        科學(xué)家設(shè)計(jì)出世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線

        澳大利亞和美國(guó)科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)2012年1月6日在美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說,他們成功設(shè)計(jì)出迄今世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線,厚度僅為人類頭發(fā)的萬分之一,但導(dǎo)電能力可與傳統(tǒng)銅導(dǎo)線相媲美。這項(xiàng)技術(shù)有望應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)研制領(lǐng)域。

        過去40多年來,工業(yè)界不斷研發(fā)制造更小尺度的晶體管、導(dǎo)線等元件,以開發(fā)更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)。然而,元件達(dá)到原子尺度后問題顯而易見:隨著電路變得越來越小,電阻相對(duì)于電荷而言常常過大,使得電荷難以流動(dòng)形成電流。也就是說,量子效應(yīng)會(huì)在接近納米尺度時(shí)限制電子設(shè)備的按比例縮減。

        為解決這一問題,澳大利亞新南威爾士大學(xué)、墨爾本大學(xué)以及美國(guó)珀杜大學(xué)的科學(xué)家利用精心設(shè)計(jì)的原子精度掃描隧道顯微鏡,在硅表面以1 nm間隔只安放1個(gè)磷原子的方式制備了納米導(dǎo)線,其寬度相當(dāng)于4個(gè)硅原子,高度相當(dāng)于1個(gè)硅原子。通過這種方式設(shè)計(jì)的納米導(dǎo)線可以使電子自由流動(dòng),有效解決了電阻問題。

        “我們的技術(shù)表明,(計(jì)算機(jī))元件可以降低到原子尺度,”領(lǐng)導(dǎo)研究的新南威爾士大學(xué)博士生本特·韋伯表示,“感覺好極了,這是個(gè)巨大突破,我們都非常激動(dòng)?!?/p>

        韋伯的導(dǎo)師米切爾·斯蒙斯表示,量子計(jì)算機(jī)可能還需要10多年才能問世,不過,研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)定了目標(biāo):將磷原子作為最小信息單位——就像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的比特一樣,研制出磷基量子計(jì)算機(jī)。

        量子計(jì)算機(jī)是建立在量子力學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī),它與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要區(qū)別是,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只使用1和0兩種狀態(tài)來記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算,而量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)使用多個(gè)不同的量子態(tài),因此具有更大的信息存儲(chǔ)和處理能力,被認(rèn)為是未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向。

        中國(guó)陡山沱化石并非硫珠菌,可能代表了迄今發(fā)現(xiàn)的最古老動(dòng)物

        5.7億年前,一些生物體在今天的中國(guó)南方神秘地死去。隨著它們的死亡,這些細(xì)胞腐爛并通過一個(gè)被稱為磷酸化的過程形成了自己的鹽副本。當(dāng)這些所謂的陡山沱化石在1997年被發(fā)掘出土后,它們的發(fā)現(xiàn)者相信,這些死亡的細(xì)胞是早期的動(dòng)物胚胎,這將使它們成為迄今發(fā)現(xiàn)的最古老動(dòng)物。有些科學(xué)家則認(rèn)為,它們并不是動(dòng)物,而只是一些被稱為硫珠菌(Thiomargarita)的大型硫代謝細(xì)菌。沒有人知道這些化石到底是什么,但是一個(gè)研究小組如今提出,如果你看一下死亡的硫珠菌細(xì)胞,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們與陡山沱化石一點(diǎn)都不像,表明這些遺跡并不是細(xì)菌。

        因此英國(guó)布里斯托大學(xué)的古生物學(xué)家Philip Donoghue和同事決定研究死亡的硫珠菌和死亡的胚胎是如何“散架”的。Donoghue表示,在一種受控的方式下這樣做是很困難的?!昂芏嗳俗鲞@種實(shí)驗(yàn)會(huì)把樣品黏在一個(gè)桶里,并觀察它的腐爛?!睂?shí)際過程非常復(fù)雜,包括存在于環(huán)境中的細(xì)菌、真菌和某些礦物質(zhì)。他說,當(dāng)研究小組試圖用硫珠菌完成他們的試驗(yàn)時(shí),“我們?cè)囍煤芏嗍侄蝸須⑺肋@種細(xì)菌”。盡管研究人員采用了有毒化合物、藥物以及極端條件,例如高溫,但“它耐受住了我們所有的努力”。最終,研究人員放棄了,轉(zhuǎn)而尋找之前死亡的硫珠菌,在沉積物樣本中發(fā)現(xiàn)不同死亡階段和腐爛細(xì)菌的例證。

        利用來自一部同步加速器的X射線,研究人員獲得了死亡硫珠菌、死亡海膽胚胎,以及一些原始陡山沱化石的三維圖像。他們?cè)?011年12月6日的英國(guó)《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B卷》上報(bào)告說,部分死亡和完全死亡的細(xì)菌圖像看起來與著名的化石一點(diǎn)也不一樣。首先,硫珠菌細(xì)胞在腐爛后變成了空球體,而陡山沱化石表現(xiàn)出了大量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的證據(jù)。

        Donoghue認(rèn)為,陡山沱化石很可能是通過模板保存的——這一過程是指生活在海洋中的細(xì)菌通過一層生物膜包裹在大型死亡生物體的表面。當(dāng)生物膜中的細(xì)菌死亡后,它們的細(xì)胞會(huì)成為磷酸鹽,并呈現(xiàn)出大型生物體的形狀。因此當(dāng)研究人員發(fā)現(xiàn)這些化石時(shí),它們實(shí)際上看到的是生物膜外衣的殘留物,而非最初的生物體。

        研究人員嘗試著復(fù)制這一過程,其在海膽胚胎中很成功,但當(dāng)Donoghue的研究小組試圖在硫珠菌上形成一個(gè)生物膜時(shí),這一過程并不是很有效。硫珠菌細(xì)胞并沒有留下自己的模板,而是“崩潰”了。因此作者斷定,陡山沱化石不可能是硫珠菌。

        南非發(fā)現(xiàn)7.7萬年前的床

        一個(gè)研究小組宣布,他們?cè)谀戏前l(fā)現(xiàn)了已知最早的床鋪——它們是由植物材料制成的,距今約7.7萬年,這比之前的人類寢具證據(jù)提前了5萬年。這些早期的床鋪顯然是為了抵抗蚊子和其他昆蟲而特別準(zhǔn)備的。

        人類的早期成員智人可謂是游牧民族,以打獵和采集果實(shí)為生。當(dāng)然他們也會(huì)建立一些臨時(shí)性的營(yíng)地,用來烹煮食物和過夜。在這些營(yíng)地中,最有名的要數(shù)位于南非德班以北40km的Sibudu山洞了,這是位于懸崖下的一處巖石庇護(hù)所。這里最早在7.7萬年前便有人類居住,并在接下來的4萬年里一直“香火不斷”。1998年,由約翰內(nèi)斯堡市威特沃特斯蘭德大學(xué)的古人類學(xué)家Lyn Wadley率領(lǐng)的一個(gè)研究小組開始對(duì)Sibudu山洞進(jìn)行發(fā)掘工作,并找到了大量人類復(fù)雜行為的證據(jù),包括已知最早的弓和箭。

        在過去的幾年里,研究小組發(fā)現(xiàn)許多條狀考古層具有約1 cm厚的植物遺存,其中包括莖和葉的殘骸。大多數(shù)的考古層都至少覆蓋了約3 m2的面積。研究小組懷疑,它們可能是床鋪的遺跡。之前最早的寢具證據(jù)發(fā)現(xiàn)于西班牙、南非和以色列,僅有2萬到3萬年的歷史,在這些遺址中也都無一例外地發(fā)現(xiàn)了植物的殘骸。

        為了找到問題的答案,研究人員將這些遺跡放到了顯微鏡底下。在最近出版的美國(guó)Science雜志上,Wadley和她的同事報(bào)告說,研究人員使用了兩種復(fù)雜的考古學(xué)技術(shù):植物化石分析,旨在鑒別植物的種類;以及微觀形態(tài)學(xué)分析,目的是對(duì)考古學(xué)遺跡進(jìn)行高分辨率分析。

        研究小組發(fā)現(xiàn),這些距今5.8萬到7.7萬年的考古層是由莎草、燈心草和草構(gòu)成的。這些植物并非干燥的巖石庇護(hù)所能夠生長(zhǎng)的,因此研究人員推斷,必定是古人類將它們有選擇地帶到洞里來。在顯微鏡下,這些植物殘骸表現(xiàn)出了被擠壓和反復(fù)踩踏的痕跡。在距今7.7萬年的考古層中,研究小組還找到了角桂樹的葉子——作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的一部分,它們被使用至今。這些葉片包含有多種化學(xué)物質(zhì),能夠殺死昆蟲,因此研究人員推測(cè),早期人類可能用這些葉子保護(hù)自己免遭攜帶瘧原蟲的蚊子和其他害蟲的侵襲。

        新型太陽能電池可捕獲損失能量,為研制新一代高效太陽能電池奠定基礎(chǔ)

        研究人員日前研制出一種新型太陽能電池,能夠捕捉到陽光中通常以熱量損失掉的額外能量。迄今為止,這種新型太陽能電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能的效率依然低于商用太陽能電池。然而如果這一過程得到改進(jìn),將為研制新一代更高效的太陽能電池鋪平道路。

        對(duì)大多數(shù)材料而言,陽光的光子向電能的轉(zhuǎn)化已被充分搞清。不同顏色的光子具有不同的能量。在可見光區(qū),紅色與橙色光子具有較少的能量,然而藍(lán)色、紫色和紫外光子攜帶了較多的能量。當(dāng)高能光子接觸到太陽能電池中的半導(dǎo)體材料時(shí),它們便會(huì)把這種能量轉(zhuǎn)移給半導(dǎo)體電子,從而將其從靜止?fàn)顟B(tài)激發(fā),并形成電流。在許多情況下,紫光和紫外線的高能光子攜帶的能量要多于形成電流所需的能量。但是這些額外的能量都以熱量的形式損失了。

        幾年前,來自多個(gè)研究小組的科學(xué)家報(bào)告說,陽光中的高能光子實(shí)際上能夠激發(fā)不止一個(gè)電子,前提是它們所碰到的半導(dǎo)體由一種名為量子點(diǎn)的納米級(jí)微粒構(gòu)成。這一過程——被稱為多重激子發(fā)生(MEG)——為研究人員通過收集這些額外的電荷從而改進(jìn)太陽能電池的效率帶來了希望。然而制造能夠工作的MEG太陽能電池不是一件容易事。

        2010年,由美國(guó)拉勒米市懷俄明州立大學(xué)的化學(xué)家Bruce Parkinson領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在美國(guó)Science雜志上報(bào)告說,他們開發(fā)出一種裝置,即在一種半導(dǎo)體上覆蓋了一層硫化鉛量子點(diǎn),能夠激發(fā)出比它所接收到的光子數(shù)量更多的電子,從而產(chǎn)生了更大的電流,而這正是MEG的特征。然而與一枚能夠?qū)嶋H應(yīng)用的太陽能電池相比,這種裝置更多的是對(duì)概念的證明,原因是它的轉(zhuǎn)化效率過低。

        如今,由科羅拉多州國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家Arthur Nozik領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告說,他們研制出第一枚能夠工作的MEG太陽能電池。Nozik表示,制造這種裝置的關(guān)鍵就是想出一個(gè)化學(xué)合成的方法,隨后再對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行處理。在合成時(shí),這些量子點(diǎn)——由直徑約5 nm的鉛和硒微粒構(gòu)成——與長(zhǎng)有機(jī)分子結(jié)合在一起。然而之前的研究表明,這些長(zhǎng)有機(jī)鏈就像是包裹在電線周圍的塑料絕緣體。

        因此Nozik的研究小組用兩種無色液 體——聯(lián) 氨 和1,2- 乙二硫醇——處理了他們的量子點(diǎn),從而使其被短鏈有機(jī)物所包圍。這樣使得電荷更容易移動(dòng),并最終使太陽能電池將光變?yōu)殡姷目傂蔬_(dá)到5%。研究小組在最近出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。盡管這一效率依然低于傳統(tǒng)的硅太陽能電池——約為20%,但重要的是,這種裝置采集的電荷數(shù)比擊打量子點(diǎn)的光子數(shù)多了30%,從而使其成為真正意義上的MEG太陽能電池。

        Parkinson表示:“他們將它變成了一種真正的裝置,并證明其能夠采集真正的能量……從而為下一代太陽能電池的設(shè)計(jì)帶來了希望?!?/p>

        靜海石并非月球獨(dú)有,罕見月巖礦物現(xiàn)身地球

        一種之前認(rèn)為僅僅存在于月球巖石和隕石中的礦物如今出現(xiàn)在地球上。研究人員在西澳大利亞的6個(gè)地方發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)——在阿波羅11號(hào)的宇航員于1969年7月在月球的“靜?!敝懞?,它也隨之被稱為靜海石。這種礦物僅僅以痕量出現(xiàn)因此并不具備任何經(jīng)濟(jì)價(jià)值,但科學(xué)家表示,它可以用于測(cè)定這些巖石形成的時(shí)間。

        在第一撥阿波羅宇航員返回地球后不久,科學(xué)家便分析了他們采集的火成巖——被稱為玄武巖——樣本。這些巖石含有3種之前未知的礦物,其中的兩種——鎂鐵鈦礦和三斜鐵輝石——此后10年內(nèi)陸續(xù)在地球上被發(fā)現(xiàn)。然而在過去的40年中,第三種礦物——靜海石——除了在月球巖石以及被巨大的撞擊從月球表面激濺而出的隕石之外,別處再無發(fā)現(xiàn)。這種紅褐色的礦物主要由鐵、硅、鋯和鈦組成,但同時(shí)也含有痕量的稀土元素,例如釔。地質(zhì)學(xué)家一直在地球巖石中尋找靜海石,部分緣于對(duì)月球樣本的研究表明,精確測(cè)量礦物中的放射性同位素比例能夠被用來確定巖石的年代。

        如今,在1月份出版的《地質(zhì)學(xué)》雜志上,澳大利亞賓利市科廷大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家Birger Rasmussen及其同事報(bào)告說,他們終于在我們的星球上找到了靜海石。

        研究人員對(duì)西澳大利亞的火成巖進(jìn)行了研究,特別是針對(duì)那些并未表現(xiàn)出經(jīng)歷了大規(guī)模質(zhì)變跡象的巖石。這是因?yàn)楫?dāng)靜海石暴露在極度的熱量和壓力下,它很容易轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌V物。研究小組通過由小的巖石樣本激發(fā)的高速電子證實(shí)了這種礦物的存在。他們指出,微量靜海石以一種非常特有的模式散射電子,與月球礦物樣本產(chǎn)生的結(jié)果相匹配。

        Rasmussen指出:“靜海石的全部化學(xué)性質(zhì)并沒有那么獨(dú)特,因此之前在地球上一直沒有找到它真得很奇怪?!钡撬J(rèn)為,這種礦物之所以難以被發(fā)現(xiàn)可能有幾個(gè)原因。首先,靜海石通常很小,大約只有150μm長(zhǎng),甚至還不及人類毛發(fā)的直徑;其次,月球上的巖石比地球上的巖石更為原始,后者可能經(jīng)歷了一些化學(xué)變化,例如被熱流溶解,或被板塊運(yùn)動(dòng)帶入地下、歷經(jīng)高熱與高壓;最后,靜海石很容易被錯(cuò)認(rèn)為金紅石——一種在火成巖中常見的顏色類似的礦物。

        愛爾蘭數(shù)學(xué)家破解數(shù)獨(dú)之謎,至少17個(gè)提示才能玩,相關(guān)算法可用于諸多領(lǐng)域

        如今,一位愛爾蘭數(shù)學(xué)家利用一套極為復(fù)雜的運(yùn)算法則以及數(shù)億小時(shí)的“超級(jí)計(jì)算”,解決了數(shù)獨(dú)(Sudoku,又稱九宮格游戲)運(yùn)算中的一個(gè)重要的開放問題。數(shù)獨(dú)是在日本乃至全球非常流行的一種游戲,玩法是按照一定規(guī)則在一個(gè)9×9的方格內(nèi)填寫數(shù)字1到9。

        都柏林大學(xué)學(xué)院的Gary McGuire于2012年1月1日在互聯(lián)網(wǎng)上貼出了自己的證明——完成一次數(shù)獨(dú)所需的最小提示數(shù)(或起始數(shù))是17;而16個(gè)或更少的線索無法得到唯一解。大多數(shù)報(bào)紙上的數(shù)獨(dú)都有25個(gè)線索,而隨著提示的減少,游戲的難度也不斷增加。

        在1月7日于美國(guó)波士頓市召開的一次會(huì)議上,數(shù)學(xué)家們就此達(dá)成了共識(shí),McGuire的證明很可能是有效的,并且是發(fā)展中的數(shù)獨(dú)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展。

        弗吉尼亞州哈里森堡詹姆斯·麥迪遜大學(xué)的數(shù)學(xué)家Jason Rosenhouse是一本即將出版的數(shù)獨(dú)算法書籍《嚴(yán)肅看待數(shù)獨(dú):全球最流行的鉛筆游戲背后的數(shù)學(xué)》的作者之一,他認(rèn)為:“這一方法是合理的,并且似乎是可靠的。對(duì)此我持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度?!?/p>

        數(shù)獨(dú)的規(guī)則要求游戲者用1到9填滿9×9的方格,同時(shí)每個(gè)數(shù)字在同一行、列以及3×3的小方格中不能重復(fù),而所謂的線索或提示則是事先填充在其中的數(shù)字。數(shù)獨(dú)愛好者經(jīng)過長(zhǎng)期的觀察發(fā)現(xiàn),盡管會(huì)有17個(gè)提示的數(shù)獨(dú)出現(xiàn),但沒有人能夠提出一個(gè)僅有16個(gè)提示的有效數(shù)獨(dú)。這導(dǎo)致了一種推測(cè),即具有16個(gè)提示且有唯一解的數(shù)獨(dú)根本不存在。要想證明這一點(diǎn)的一個(gè)潛在方法便是核對(duì)所有可能的16個(gè)線索的數(shù)獨(dú),但這需要太多的運(yùn)算時(shí)間。因此McGuire通過設(shè)計(jì)一個(gè)“打集合算法”簡(jiǎn)化了這一問題。

        McGuire和他的研究小組花了兩年時(shí)間來測(cè)試這一算法——他們?cè)诙及亓值膼蹱柼m高端計(jì)算中心耗費(fèi)了約7億個(gè)CPU小時(shí),利用“打集合算法”來尋找可能的方格。同樣利用不同算法證明17個(gè)線索的數(shù)獨(dú)的佩斯市西澳大利亞大學(xué)的數(shù)學(xué)家Gordon Royle表示:“做到這一點(diǎn)的唯一現(xiàn)實(shí)辦法就是這種強(qiáng)力的方法……這是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題,它可以激發(fā)人們將計(jì)算與數(shù)學(xué)方法推向極限,就像在攀登最高的山峰?!?/p>

        McGuire表示,他的方法還可能在其他領(lǐng)域產(chǎn)生作用。這種“打集合算法”已經(jīng)被用于基因測(cè)序分析和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的論文中,McGuire期待它能夠被更多的研究人員所利用。他說:“希望這種算法能夠激發(fā)更多的興趣。”

        迄今最大暗物質(zhì)地圖繪就,證實(shí)了目前關(guān)于宇宙物理特性、構(gòu)成及進(jìn)化的普適理論

        天文學(xué)家日前繪制出迄今為止最大的宇宙暗物質(zhì)地圖。這種看不見的物質(zhì)并不發(fā)光,但它會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境施加引力。暗物質(zhì)可能由未知的基本粒子構(gòu)成,并且比構(gòu)成恒星、行星和人類的普通物質(zhì)更為普遍。

        就像計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)的那樣,新的地圖顯示,暗物質(zhì)被集中在一些巨大的團(tuán)塊以及絲狀體中,其間布滿了巨大的空曠區(qū)域。加拿大溫哥華市不列顛哥倫比亞大學(xué)的天體物理學(xué)家Ludovic van Waerbeke表示:“我們很高興看到最終的結(jié)果與我們的預(yù)測(cè)相類似?!?/p>

        為無形的東西繪圖可能聽起來不靠譜,但實(shí)際上相當(dāng)簡(jiǎn)單。就像一個(gè)隱形人在你的床上睡覺會(huì)在床單上留下皺褶一樣,看不見的暗物質(zhì)所產(chǎn)生的引力會(huì)使觀測(cè)到的背景星系的形狀產(chǎn)生微小的扭曲。van Waerbeke的合作者、英國(guó)愛丁堡大學(xué)的Catherine Hey-mans表示,利用這種“弱引力透鏡”效應(yīng)繪制暗物質(zhì)是“了解黑暗宇宙的重要的第一步”。

        在5年的時(shí)間里,研究小組利用安裝在美國(guó)夏威夷莫納克亞山上的加拿大—法國(guó)—夏威夷望遠(yuǎn)鏡(CFHT)上的340兆像素MegaCam照相機(jī),對(duì)距離約60億光年的1000萬個(gè)星系進(jìn)行了成像。van Waerbeke說:“我們的地圖比迄今為止最大的暗物質(zhì)地圖大了100倍?!睂?duì)這些星系的形狀進(jìn)行的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析揭示了介于其間的暗物質(zhì)的空間分布情況。

        天文學(xué)家在日前于得克薩斯州奧斯丁市召開的第219屆美國(guó)天文學(xué)會(huì)大會(huì)上公布了這一研究成果。它看起來非常接近超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)宇宙進(jìn)化進(jìn)行的模擬分析,即暗物質(zhì)成群分布在由絲和結(jié)構(gòu)成的“宇宙網(wǎng)”中。就像宇宙論指出的那樣,這些塊狀疙瘩——大部分的暗物質(zhì)便聚集于此——整齊地與巨大的星系團(tuán)契合在一起。

        普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家Rachel Mandelbaum指出,實(shí)際上,“像CFHT透鏡巡天這樣的項(xiàng)目能夠用來驗(yàn)證暗物質(zhì)理論和廣義相對(duì)論”。van Waerbeke說,迄今為止,“一切看來都正常。這些地圖所展現(xiàn)的恰好是我們所預(yù)測(cè)的”。換句話說,這些結(jié)果證實(shí)了目前關(guān)于宇宙物理特性、構(gòu)成以及進(jìn)化的普適理論。

        “開普勒”發(fā)現(xiàn)最小系外行星,預(yù)示宇宙中可能存在大量宜居小行星球

        美國(guó)宇航局(NASA)的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡如今發(fā)現(xiàn)了最小的太陽系外行星。這3個(gè)巖石世界比地球還?。蛔钚〉囊活w僅比火星略大。它們一道構(gòu)成了迄今為止最緊密的行星系統(tǒng)——其寬度不及500萬km。此外,它們的被稱為KOI-961的母星是一顆微不足道的紅矮星,僅僅比巨行星木星大70%。美國(guó)帕薩迪納市加利福尼亞理工學(xué)院的天文學(xué)家John Johnson表示,實(shí)際上,同一顆與太陽類似的恒星及環(huán)繞的行星相比,KOI-961系統(tǒng)更類似于木星及其衛(wèi)星。

        當(dāng)行星從恒星前掠過時(shí)會(huì)阻擋后者的一部分光線,從而造成恒星的暗淡,而開普勒空間望遠(yuǎn)鏡也正是通過這一點(diǎn)來發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的行星。開普勒空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了紅矮星昏暗光線出現(xiàn)的周期性亮度減弱,但天文學(xué)家仍未能排除其他可能的解釋。他們同時(shí)也不能確定這顆恒星的確切大小,而這恰好是在用行星遮擋的星光計(jì)算這些穿越行星大小之前所必須知道的。

        根據(jù)Johnson于2012年1月11日在于奧斯丁市召開的第219屆美國(guó)天文學(xué)會(huì)大會(huì)上的介紹,所有的改變都緣于英國(guó)業(yè)余天文愛好者Kevin Apps——其與開普勒科研團(tuán)隊(duì)有著密切的合作關(guān)系。Apps指出,KOI-961距離地球約120光年,它的精確顏色非常接近于那些更近的褐矮星,例如巴納德星。這意味著它必定與巴納德星一樣大小,而對(duì)后者直徑的測(cè)量已相當(dāng)精確。

        利用來自夏威夷莫納克亞山上的10m凱克望遠(yuǎn)鏡,以及加利福尼亞州帕洛瑪山上的5 m海爾望遠(yuǎn)鏡的額外觀測(cè),Johnson和他的研究小組還證實(shí)了觀察到的亮度減弱實(shí)際上緣于行星。一篇描述這一新發(fā)現(xiàn)的論文已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志》接受并準(zhǔn)備發(fā)表。

        蛙類成全球最小脊椎動(dòng)物

        你不小心掉落在新幾內(nèi)亞東部雨林中的一枚一角硬幣,有可能壓死一只新發(fā)現(xiàn)的蛙類。

        Paedophryne amauensis如今穩(wěn)坐全世界最小脊椎動(dòng)物的頭把交椅——其平均成年個(gè)體體長(zhǎng)為7.7 mm,甚至不足美元一角硬幣的半徑。

        這種蛙類一舉擊敗了之前的紀(jì)錄保持者,一種來自鯉魚家族的印度尼西亞小魚,其雌性個(gè)體體長(zhǎng)約7.9 mm。

        美國(guó)巴吞魯日市路易斯安那大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家Eric N.Rittmeyer和同事在2012年1月11日的《科學(xué)公共圖書館—綜合》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說,這種新發(fā)現(xiàn)的蛙類棲息在雨林的落葉層中,可能以跳蟲、螨蟲和蜱為食。

        他們還在新幾內(nèi)亞發(fā)現(xiàn)了全球第二小的蛙類品種Paedophryne swiftorum,其體長(zhǎng)在8.3 mm至8.9 mm之間。

        微型化對(duì)于蛙類而言并不是什么新鮮事。已知29個(gè)最小物種的體長(zhǎng)都不足13 mm。

        研究人員推測(cè),蛙類極端小的體形的反復(fù)進(jìn)化,加上它們獨(dú)有的潮濕環(huán)境,使得這些生物能夠探尋雨林地面植被的角落和縫隙。

        科學(xué)家發(fā)明最小的“耳朵”

        你有沒有想過一個(gè)病毒聽起來像什么,或者一個(gè)細(xì)菌在宿主之間游走會(huì)發(fā)出什么噪音?如果答案是肯定的,那么由于世界上最小耳朵的發(fā)明,你或許很快就有機(jī)會(huì)搞清這一切?!凹{米耳”——被一道激光束俘獲的金微?!軌蛱綔y(cè)到僅為人類聽覺閾值一百萬分之一的聲音。研究人員認(rèn)為,這項(xiàng)研究將開啟“聲學(xué)顯微術(shù)”的一個(gè)全新領(lǐng)域,后者是利用生物體釋放的聲音對(duì)其進(jìn)行研究的一門科學(xué)。

        納米耳的概念起源于1986年被稱為光鑷子的一項(xiàng)發(fā)明。這種鑷子利用一個(gè)透鏡將一道激光束聚焦到一點(diǎn),從而能夠抓住微粒并移動(dòng)它們。光鑷子已經(jīng)成為分子生物學(xué)和納米技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)工具,幫助研究人員向細(xì)胞內(nèi)注入脫氧核糖核酸(DNA),甚至在DNA注入后對(duì)其進(jìn)行操作。光鑷子還能夠用來測(cè)量作用于微觀粒子上的極小的力;一旦你用激光束控制住你的粒子——而不是由你來讓其移動(dòng),你便只須用一臺(tái)顯微鏡或其他合適的觀測(cè)設(shè)備觀察它是否在自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。這也正是納米耳遵循的道路。

        聲波隨著它們經(jīng)過的介質(zhì)粒子的前后移動(dòng)來傳播。因此為了探測(cè)聲音,你需要對(duì)這種前后運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。德國(guó)慕尼黑大學(xué)光子學(xué)與光電學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的光物理學(xué)家Jochen Feldmann和同事將一個(gè)直徑60nm的金微粒浸入水中,并用光鑷子夾住了它。

        Feldmann的研究團(tuán)隊(duì)記錄并分析了該粒子響應(yīng)聲振動(dòng)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)——這種聲振動(dòng)由在附近水中的其他金納米粒子的激光感應(yīng)加熱所導(dǎo)致。除了具有前所未有的敏感性外,他們的納米耳還能夠計(jì)算聲音來自于哪個(gè)方向。研究人員提出,使納米耳的三維陣列一道工作將能夠用來監(jiān)聽細(xì)胞或微生物,例如細(xì)菌和病毒,隨著運(yùn)動(dòng)和呼吸,它們都能夠釋放出非常微弱的聲振動(dòng)。Feldmann表示:“這里顯然存在著醫(yī)學(xué)上的可能性,我們可以用其來研究適當(dāng)?shù)娜巳?,但我們首先必須搞清它是如何工作的。?/p>

        研究人員在最近出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上報(bào)告了這一研究成果。

        科學(xué)家發(fā)明合成抗瘧藥物青蒿素,新法成本低、產(chǎn)量高,有望解決供應(yīng)鏈瓶頸問題

        作為全球治療瘧疾的一種決定性藥物,青蒿素或許很快就能夠更廉價(jià)、更簡(jiǎn)單地生產(chǎn),而這多虧研究人員發(fā)現(xiàn)了一條合成這種化合物的更佳途徑。并未參與此項(xiàng)研究的美國(guó)加利福尼亞州艾莫利維爾市埃米瑞斯生物技術(shù)公司的工業(yè)化學(xué)家Jack Newman表示:“這項(xiàng)成果的影響是難以估量的?!盢ewman說,根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)提供的數(shù)據(jù),2010年有65.5萬人死于瘧疾,“然而盡管青蒿素能夠治療這種傳染病,它的供應(yīng)鏈卻是一個(gè)大問題”。

        2001年,WHO推薦在全世界用所謂的以青蒿素為基礎(chǔ)的聯(lián)合療法(ACTs)替代那些陳舊的、效果不明顯的藥物,并由此使其成為瘧疾防控的基石。

        迄今為止,合成青蒿素價(jià)格昂貴且工序復(fù)雜,并且植物所含青蒿素只占很小的比例——介于0.001%到0.8%之間。結(jié)果導(dǎo)致ACTs每個(gè)療程的費(fèi)用仍然在1美元到2美元之間,這樣也就產(chǎn)生了一個(gè)問題:那些貧窮的病人往往都會(huì)選擇價(jià)錢便宜但療效甚微的藥物。同時(shí)由于全球僅有中國(guó)、越南等少數(shù)國(guó)家種植青蒿,這種一年生草本植物產(chǎn)量又不固定,藥品青蒿素的價(jià)格波動(dòng)較為明顯。

        然而青蒿還能夠產(chǎn)生青蒿酸——提取1 kg青蒿素會(huì)產(chǎn)生10kg青蒿酸。目前由于將其轉(zhuǎn)化為青蒿素成本過高,因此這些青蒿酸往往都被處理掉了。如今,德國(guó)波茨坦市馬普學(xué)會(huì)膠體與界面研究所的化學(xué)家Peter Seeberger及其博士后Francois Lévesque表示,他們已經(jīng)攻克了這一難題。

        Seeberger和Lévesque使用一種所謂的流動(dòng)化學(xué)——即在化合物流經(jīng)一根細(xì)管時(shí)發(fā)生反應(yīng)——來解決這一問題。通過用光源包裹這根管道,他們戲劇性地增加了活性氧的產(chǎn)量。首先,青蒿酸被還原為左旋二氫青蒿酸。隨后這種產(chǎn)物與氧一道被泵入管道,并在那里混合;光照會(huì)活化其中的氧,進(jìn)而產(chǎn)生青蒿酸前體。最后,研究人員向化合物中添加三氟乙酸,并最終產(chǎn)生青蒿素。經(jīng)提純后,其產(chǎn)量可達(dá)40%。研究人員在本周的《應(yīng)用化學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

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