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新聞來源:科技日報 英國《自然》雜志網站日前公布了本年度最受歡迎的十大新聞，量子力學、粒子物理學以及有點怪異的生物學領域都是其中的大贏家。 1.在真空中制造出可見的光線 
據《自然》雜志6月3日報道，瑞典查爾姆斯理工大學的科學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光子，制成了可測量的光，首次觀測到40多年前就曾被預言的量子力學效應——卡西米爾效應，即平行金屬板在輻射場真空態中存在吸引力的現象。 科學家們使用一個名為超導量子干涉器(SQUID)的“鏡子”成功進行了這項實驗，該“鏡子”由量子電子元件構成，對磁場極其敏感。通過每秒數十億次改變磁場的方向，可使“鏡子”的振動速度達到光速的25%。實驗結果顯示，光子會在真空中成對出現，科學家能夠以微波輻射的形式對其進行測量，構建出確實具有相同特性的射線，如同量子理論所述。 此次實驗的主要價值在于增進人們對于基礎物理概念的了解，比如真空波動，即真空中瞬間出現并消失的虛擬粒子等。 2.歐核中心發現中微子“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)發現，中微子的行進速度超過了光速。一旦這種超光速現象得到證實，將給愛因斯坦的狹義相對論帶來巨大挑戰，改變人類對宇宙如何運轉的理解。 意大利格蘭薩索國家實驗室下屬的一個名為OPERA的實驗裝置接收了來自CERN的中微子，兩地相距730公里，中微子“跑”過這段距離的時間比光速還快了60納秒(1納秒等于十億分之一秒)，而實驗誤差不超過10納秒。 目前全球只有費米實驗室和日本的實驗室能重復這一實驗，但日本的實驗室在海嘯中飽受重創，費米實驗室尚無法達到CERN的實驗精度，而且一時半會也很難升級，因此驗證工作很難進行。 3.深海雪人蟹“自給自足”：用自己的爪子培養細菌 據《自然》網站12月2日報道，美國科學家在遠離哥斯達黎加的深海中發現了一種蟹類，它可以在自己的爪子上培育細菌作為食物，這是科學家們發現的首例生物“細菌養殖農場”。研究論文發表在11月30日出版的《公共科學圖書館·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。科學家們發現，它們經常緩慢且有節奏地揮動爪子，這一點令人十分迷惑不解。他們現在認為，雪人蟹揮動前爪主要是讓細菌吸收更多的營養物質，從而使細菌更易受精繁殖。 此前也有科學家曾發現深海蝦和其它動物也在身體上生長細菌，但這是科學家們首次掌握深海動物培育細菌的直接證據。 4.缺失特殊DNA也能促進腦部發育 據《自然》雜志網站3月9日報道，美國科學家將黑猩猩的基因組和人類的基因組進行了比較，找出了510個在黑猩猩的基因組中還存在但已從人類基因組里消失殆盡的DNA段落，這些序列幾乎全都來自基因之間的非編碼基因組區域。研究結果表明，某些基因組消失會促使人類大腦進化。 該研究團隊的領導者、美國斯坦福大學的大衛·金斯利和發育生物學家吉爾·比耶拉羅解釋稱，跟大多數研究不同的是，他們尋找的是人類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。 威斯康辛大學麥迪遜分校的動物遺傳演化專家肖恩·卡羅爾表示：“這項研究告訴我們，在演化過程中，人類不但會獲得信息，也會遺失信息。” 5.艾滋病基因療法動物實驗取得成效 據《自然》雜志網站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物實驗中取得成效，實驗證明感染大劑量艾滋病病毒的實驗鼠也可受到保護。 美國加州理工學院等機構的研究人員報告說，通過使用一種經過改造的腺病毒，可以在實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，結果發現，兩種代號為B12和VRC01的抗體效果尤其良好。 該研究的領導者、諾貝爾獎得住戴維·巴爾的摩說，動物實驗的成功為接下來開展人類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 據《自然》雜志網站11月17日報道，波函數是量子力學中一個重要且令人費解的核心概念，物理學家用它來確定量子粒子具備某種特性的概率，而英國科學家11月14日發表在arXiv.org網站的一篇論文則提出了一個新觀點：波函數不是統計工具，而是物理真實。 由英國帝國理工學院的馬修·皮由茲領導的三人科學小組在最新發表的論文中指出，如果波函數純粹只是統計工具的話，那么，時間和空間中互不連貫的量子狀態都將可以相互“交流”，這聽起來有點不可思議，很難成立，因此波函數必定是物理真實。 研究人員之一、美國南加州克萊姆森大學的理論物理學家安東尼·瓦倫提尼表示：“我們的這篇論文可能具有顛覆效應，在量子力學中，它可能是繼貝爾定理之后最重要的結論。”英國牛津大學的物理學家戴維·華萊士表示，這個理論是他15年的職業生涯內看到的量子力學基礎領域最重要的結論。他說：“這一理論表明，人們不能將量子狀態解釋為一種概率。” 自上世紀20年代開始，科學界在如何理解波函數方面就存在很大爭議。丹麥最著名的科學家、哥本哈根大學的尼爾斯·玻爾開創的“哥本哈根解釋”認為，波函數是一個計算工具：當被用來計算粒子擁有不同特性的可能性時，它能給出正確的結論。 7.維京人利用偏振光導航？ 據《自然》雜志網站1月31日報道，相傳維京人有“太陽石”的傳說，當維京向天空舉起太陽石時，即使是在陰天，太陽的位置也會顯現出來。然而，現在的科學家通過檢測天空中光線的性質，發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，他們是優秀的航海家，利用夏天高緯度地區的持久日光來導航，而不是使用星星或指南針來辨方向，因為在如此高緯度的地方，指南針的作用會大打折扣。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行長距離航行的”，此前一直是未解之謎。 現在，匈牙利布達佩斯羅蘭大學的光學研究者佳博·霍瓦斯和瑞典蘭德大學的生物學家試圖解決這種關于光線性質的爭論。他們在芬蘭北部用180度的魚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的位置，然而，多數測試者都得出了錯誤的結論。同時，為了證明用“太陽石”是否確實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的偏振性。結果顯示，在任何天氣情況下，光線的偏振性質與晴朗天氣下的太陽光性質極其相似，因此，維京人利用“太陽石”辨認方向的方法是可靠的。 8.世界首個“細胞激光器”問世 據《自然》雜志網站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，用單個活細胞作為增益介質產生了激光。 科學家們最初在水母中發現了GFP蛋白，其可在不添加其他酶的情況下被誘導發光。研究人員給一個直徑約20微米寬、1英寸(2.5厘米)長的圓筒兩邊裝上鏡子作為光學共振腔，共振腔內裝滿GFP水溶液，再向其中放入腎臟細胞。結果發現，腎臟細胞不僅能產生激光脈沖，也能像透鏡一樣將光回聚并誘導激光發射。更重要的是，該激光設備中的細胞在發光過程中仍然存活，能持續產生數百次激光脈沖。盡管單個激光脈沖比較微弱，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判斷癌癥病灶的情況；其次，由于不同細胞結構產生的激光在光學性質上有差異，可以通過分析最后得到的光來研究細胞和機體組織；再次，目前醫學上有一種光動力療法，可把對光敏感的藥物送到要醫治的機體部位，然后用光照來激發藥效，最新研制出的這種“細胞激光器”也許可以增進這種療法的效果。 9.LHC的實驗數據與超對稱性理論不匹配 據英國《自然》雜志網站2月28日報道，歐洲核子研究中心的科學家們表示，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子加速器未能找到任何“超對稱粒子”存在的證據，似乎給超對稱性理論判了死刑。 上世紀70年代出現的超對稱性理論完美解決了標準粒子模型的主要缺點，并且描述了基本粒子的行為。它還可以解釋其他一些問題：人們認為暗物質構成了宇宙中83%的質量，但卻從來沒有發現過暗物質，而超對稱性理論中預言的一些輕粒子可能就是構成暗物質的主要成分。 不過，近年來，科學家們對超對稱性理論的擔心與日俱增。盡管這個理論優雅而簡潔，但它有可能是錯的。現在，科學家們沒有在LHC的質子加速器獲得的數據中發現絲毫顯示該理論所預言的“超級粒子”存在的證據。 “我們正在把超對稱性逼入困境。”LHC超環面儀器(ATLAS)探測器實驗小組的研究人員、英國劍橋大學的粒子物理學家克里斯·萊斯特說。事實上，為配合LHC的緊湊繆子線圈(CMS)實驗，ATLAS在過去一整年都在尋找超級粒子。盡管在接下來的幾周時間里，LHC以高能態運行時會收集到更多數據，但如果到今年年底探測器還無法找到任何“超級粒子”的話，那么超對稱性理論可能會陷入巨大的麻煩中。 10.中微子超光速實驗計時受質疑 歐洲核子研究中心有關中微子超光速的實驗結果一經公布，就引發了軒然大波，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對這一結果進行解釋，其中不乏質疑之聲。 英國帝國理工學院的理論物理學家托比·懷斯曼解釋道，為了計算中微子的“旅行時間”，需要兩個時鐘，一個位于歐核中心，一個位于格蘭薩索國家實驗室，為了使測量結果盡可能精確，這兩個時鐘必須保持同步(科學家們使用同一顆衛星發出的GPS信號讓兩個時鐘同步)，誤差必須限制在納秒級內。也就是說：時鐘是否同步是問題的關鍵所在。 而英國帝國理工學院的物理學家卡洛·康特爾蒂則對時鐘同步提出了質疑，他說，OPERA團隊并沒有考慮到愛因斯坦的廣義相對論的一個方面：地球上兩個不同位置的重力會有細微差別，這會導致這兩個位置上的時鐘以不同的速率來記錄時間。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驗室的重力，因此歐核中心的時鐘要比格蘭薩索國家實驗室的時鐘走得稍慢。他表示：“這就會減少實驗的準確性。” 無獨有偶，10月2日，法國行星科學和天體物理學研究所的基勒斯·亨瑞認為，中微子束的波動可能改變格蘭薩索國家實驗室探測到它們的可能性，導致結果不準確。 |
