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  • 66只天空之眼——阿塔卡玛天线阵

    2010年1月22日,天线阵工程终于如期完成了第一步,在仅安装好两台天线的情况下,居然获得了天体的高清晰像,达到了设计的要求,成为整个...快速预览

    阿塔卡玛天线阵天空之眼科学史

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    66只天空之眼——阿塔卡玛天线阵

    阿塔卡玛天线阵天空之眼科学史

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    在智利北部,有一片绵延近千里的阿塔卡玛大沙漠。


    从1998年开始,以欧洲南天文台为主,与美国、加拿大等国及地区合作,在这里开始兴建世界最大型的阿塔卡玛大型毫米波天线阵,此阵由66台口径为12米的巨大天线组成。


    2010年1月22日,天线阵工程终于如期完成了第一步,在仅安装好两台天线的情况下,居然获得了天体的高清晰像,达到了设计的要求,成为整个工程关键的一步,工程的调试也正式同步开始。


    全部工程于2012年完工。



    阿塔卡玛天线阵 | 来源:网络


    阿塔卡玛是世界上最强大的射电望远镜阵列,它拥有两个重要的特征:首先,与一般光学望远镜不同,它捕捉的是从外空发来的毫米波和亚毫米波,可以穿透宇宙尘埃,使人能看到被尘埃和星际尘遮蔽的太空星球,还能窥见原来被覆盖的更年轻的恒星和行星,得知它们的原始形象。


    阿塔卡玛的另一个重要特征是它的巨大阵列,阵列相当于加大了望远镜的口径,使观察的分辨率大大提高。


    当众多天线组成阵列,以60只眼睛一起盯住宇宙天穹时,不仅可以达到高分辨率,每只天线还可以根据观测需要,随时排列、组合,移动位置,形成所需要的阵列形式。


    此外,利用毫米和亚毫米波段,阿塔卡玛无论在白天还是黑夜都能工作。


    阿塔卡玛天线阵所具有的上述优势,使它所提供的资料涉及了人们所关心的课题,从大爆炸能量的来源、宇宙的起源,到星系如何从最冷的宇宙气和宇宙尘中形成、恒星的起源、行星的起源;检测气体云中的氢和构成其他生命必须的原始物质,还可以研究生命的起源等。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 第三种古代智人——丹尼索瓦人

    克劳斯研究组的这项研究于2011年1月21日完成,该成果以“南西伯利亚未知人类的完整线粒体DNA基因组分析”为题,随后发表在《自然·通...快速预览

    古代智人丹尼索瓦人科学史

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    第三种古代智人——丹尼索瓦人

    古代智人丹尼索瓦人科学史

    颗粒在线 | 1天前

    研究发现,在现代人类的血液里,流传着古代智人的基因,现代人类还至少与其他两种古代智人有过交往,一种是在欧洲盛行一时的尼安德特人,一种是在亚洲游荡了数千年的丹尼索瓦人。


    丹尼索瓦人是近几年才发现的一种古人群。


    2008年,在西伯利亚南部阿尔泰山丹尼索瓦洞的古遗址中,发现了一块指骨和一颗牙齿化石,还有一些饰物。这些化石属于生活在大约41000年以前的一名5到7岁的女性。


    更令人惊讶的是,在这个洞里,又找到了另外两颗牙齿和一块脚趾骨,它们属于另外族群的成员,由此证明这个洞还曾被现代古人和尼安德特人居住过。


    在人类进化的研究中,以丹尼索瓦人作为主题的有几个研究组,其中以德国莱比锡普朗克研究所人类进化研究院约翰内斯.克劳斯率领的7人小组最有成效。


    他们研究发现,洞内考古发现的这个脚趾骨与尼安德特人及现代人的线粒体DNA有所不同,这一族人与尼安德特人有着共同的祖先,他们广泛地分布在西伯利亚和亚洲南部,与现代人族群交往并不多,但在同一时期生活,这些人是由丹尼索瓦人衍生而来。


    丹尼索瓦人用双腿直立行走,但身体结构与现代人和尼安德特人有所不同,它们与尼安德特人属于姐妹族群关系,即由同一个祖先衍生出的两个不同分支。


    克劳斯研究组的这项研究于2011年1月21日完成,该成果以“南西伯利亚未知人类的完整线粒体DNA基因组分析”为题,随后发表在《自然·通信》杂志上。



    古人类进化过程 | 来源:网络


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 一把双刃剑——病毒突变研究

    2012年1月20日,H5N1基因改造研究公布于世。快速预览

    动物病毒H7N9科学史

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    一把双刃剑——病毒突变研究

    动物病毒H7N9科学史

    颗粒在线 | 2天前

    对于人类来说,动物病毒是一种异种病毒, 人类的免疫系统对它们的识别能力很低,难有抵御的办法,一旦感染, 死亡率极高,如鼠疫杆菌、禽流感病毒、SARS病毒、埃博拉病毒、炭疽杆菌等。


    从21世纪初开始,一些医学研究单位,开始了病毒的基因突变研究,希望能赶在病毒进化之前,尽早发现它们的突变,赢得时间制备出足够的疫苗,以阻止大规模瘟疫的流行。


    人们急于要弄清的问题是,究竟什么样的突变能突破人兽的界限?这类突变在什么样的条件下发生,又是如何发生的?发生这类突变的蛛丝马迹又有哪些?


    在病毒基因突变研究中,荷兰病毒学家罗恩.弗切尔研究组试图对H5N1禽流感病毒进行基因改造,以发现传染性极强的新型病毒的进化机制。


    H7N9示意图,H和N,是流感病毒表面突起的两种糖蛋白,一种是血凝素(hemagglutinin,HA)即“H”;一种是神经氨酸酶(neuraminidase,NA)即“N”,H和N后面的数字用来表示这种蛋白的不同亚型,标志着不同的抗原型区分和编号。 | 来源:网络


    2012年1月20日,经过了长达四五年的研究,弗切尔发布了他们的结果。


    经他们确认,在现有的H5N1病毒的水平上,只需再引入几个基因突变,就可以让这种病毒获得在哺乳动物间借助空气传播的能力。


    这个结果一经公布令世人震惊。


    众多专家强烈呼吁终止这类研究,他们强调通过这种方式所获得的新种病毒,不是自然环境下长期演化而成,没有天敌,更具危险性,况且目前尚不能证明,是否能根据这项研究成果,就一定能制定出什么有效的防疫措施。


    一些人也担心,在缺乏安全管理的实验室条件下,有可能使这种病毒泄漏出实验室,或被用做新型生化或生物武器,给人类带来毁灭性的打击。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 瓦特与蒸汽机的故事

    18世纪前半叶,世界处于工业革命的前夕,1736年 1月19日在英国工业和科学技术大发展的阵痛里,詹姆斯·瓦特(James Wat...快速预览

    詹姆斯·瓦特蒸汽机工业革命科学史

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    瓦特与蒸汽机的故事

    詹姆斯·瓦特蒸汽机工业革命科学史

    颗粒在线 | 4天前

    18世纪前半叶,世界处于工业革命的前夕,1736年 1月19日在英国工业和科学技术大发展的阵痛里,詹姆斯·瓦特(James Watt)降生了。


    由于瓦特的身体赢弱,没有系统地上过小学,21岁时他来到格拉斯哥大学开设了一间小修理店,专门负责修理和制作仪器。


    1763年,他修理一台纽卡曼蒸汽机时,发现了它工作的奥秘:它先把热蒸汽引入气缸,然后关闭阀门,再用冷水冲气缸,由于热蒸汽骤然冷却,造成气缸真空,活塞随之压入,驱动水泵提水。等机器充分冷却之后,再重新充入热蒸汽,推下活塞,继续下一轮工作。


    瓦特反复研究发现,虽然它的构思非常巧妙,但大有值得改进之处。首先是活塞的运动太慢,工作也不连续,由于不断地冲水、放气,大约有80%的热蒸汽散失,使蒸汽的利用率太低,浪费了燃煤。


    于是,在改进蒸汽机上瓦特动上了脑筋。


    他首先把冷凝器与气缸分割成两个部分,使气缸不必喷入冷水冷却,也不必再等待冷却的时间,从而节省了能量,还可以连续地运转。接着,他又改进了气缸的结构,为了减少了蒸汽的损失,他发明了双向气缸,活塞在气缸中间,随着蒸汽从气缸的两端进出,活塞做着双向往复运动。


    此外,为了使活塞连续运行,他又成功设计行星式曲柄齿轮传动系统和惰性轮,把活塞杆的上下直线运动转化为圆周运动。


    经过这一系列改进之后,与原来的纽卡曼蒸汽机相比,瓦特把蒸汽机的效率一下子提高到原来的5倍。



    瓦特与他发明的蒸汽机 | 来源:网络


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 眼镜大战——谷歌和反谷歌眼镜

    2013年1月18日,世界首个研发出来的保护隐私眼镜“反谷歌眼镜”面世。快速预览

    反谷歌眼镜谷歌眼镜保护隐私科学史

    浏览量 11 颗粒在线 | 4天前

    眼镜大战——谷歌和反谷歌眼镜

    反谷歌眼镜谷歌眼镜保护隐私科学史

    颗粒在线 | 4天前

    2013年1月18日,世界首个研发出来的保护隐私眼镜“反谷歌眼镜”面世。


    提起这副眼镜,还要从“谷歌眼镜”说起。



    谷歌公司LOGO | 来源:网络


    谷歌眼镜是谷歌公司在2012年4月成功研发的一款眼镜,戴着它,无论走路、乘车还是乘机飞行,都可以随时上网、办公、采访和拍照。它集很多现代电子技术于一身,面世不久,就成为当时引领世界的新潮儿。


    谷歌眼镜集智能手机、卫星导航(GPS)和相机于一身,可以为用户展示和处理实时的信息。


    这款神奇的眼镜的问世引发的问题也接踵而至:如特别是侵犯隐私的担忧。


    由于这些负面影响,酒吧、餐厅等公共场合禁止使用谷歌眼镜。


    针对这种情况,日本国立信息研究所研发出来一款“保护隐私眼镜”(反谷歌眼镜),当佩戴者被谷歌眼镜偷拍时,它会发出近红外光,佩戴这种眼镜在保护自己隐私的同时,也不妨碍去观看其他的景物。


    然而,谷歌眼镜“死而不僵”,人们正在开发其实用价值。


    针对危及“隐私”问题,谷歌决意重新设计,新一代的谷歌眼镜正在由iPod之父、智能家居品牌创始人托尼·法德尔领导的团队研发之中。


    “反谷歌眼镜”的问世,仅意味着眼镜大战刚刚拉开序幕。



    智能眼镜示意图 | 来源:网络


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 史瓦西和他的黑洞解

    1916年1月17日,史瓦西以太阳引力场为模型,计算出了引力场的方程解,后人称它为史瓦西解,这个解对于像太阳系这样的弱引力场十分有效,...快速预览

    史瓦西黑洞引力场科学史

    浏览量 10 颗粒在线 | 5天前

    史瓦西和他的黑洞解

    史瓦西黑洞引力场科学史

    颗粒在线 | 5天前

    1915年到1916年,是近代天文学史上最重要的要的时期之一,这段时间,爱因斯坦完成并发表了《广义相对论的基础》,这是自牛顿发表万有力理论以来,物理学的一个革命性的进展。


    令世人惊奇的是,德国天文学家和物理学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)由此得出了引力场方程的解。



    卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild,1873.10.9-1916.5.11 | 来源:Wikipedia


    16岁的史瓦西就表现出特殊的数学才能,写出的计算双星运行轨道论文具有实际价值。


    28岁时,被指定为哥廷根大学的数学物理教授,并当上了哥廷根大学天文物理观测站的主任。


    1916年1月17日,史瓦西以太阳引力场为模型,计算出了引力场的方程解,后人称它为史瓦西解,这个解对于像太阳系这样的弱引力场十分有效,解释了困扰天文学家近个世纪的 “水星近日点进动”的难题,预测了太阳引力场的光线弯曲效应,为检验爱因斯坦引力理论提供了实验的理论依据。



    史瓦西解的边界区域示意图 | 来源:Wikipedia


    这个结果成为开辟近代天体物理研究的重要理论基础。


    紧接着,史瓦西又证明了广义相对论可以用于解释恒星的结构,首先提出了“史瓦西半径”的概念。


    通过计算证明,任何一个有质量的物体都有自己“极限的半径”,这就是史瓦西半径,这使史瓦西成为从理论上预言黑洞的第一人,他提出的星体史瓦西半径及黑洞概念对天体物理学具有开创性意义。


    在哥廷根时,他领先发展了照相光度学,从中建立了天文学的标准光度计量法,确定了恒星的等级类型,并在此基础上建立了恒星辐射的定量理论。


    史瓦西也成为天体物理学摄影测光技术的开创人。


    1909年,史瓦西发展了微扰方程,研究了几何光程差;1913年,他与玻尔分别独立地提出原子光谱理论,成为原子理论的先驱者;1915年,他与阿诺尔德·索未菲分别独立提出了广义的“量子化定则”,建立了更普遍的电子轨道的定量理论。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • “维基”出世——威尔士

    2001年1月15日维基百科正式创立,它允许任何人利用浏览器阅读和修改,所有的文档都可以自由地分发和复制,在当今时代真正做到了全民共享...快速预览

    维基百科威尔士百科全书科学史

    浏览量 10 颗粒在线 | 6天前

    “维基”出世——威尔士

    维基百科威尔士百科全书科学史

    颗粒在线 | 6天前

    2001年的这一天是现代互联网世界重要的日子。


    在威尔士的主创下,一个全球性的知识库上线了。


    这个基于维基技术的全球性协作计划由不同语言写成,目标是为全人类在互联网上提供知识资源。


    从20世纪90年代起,互联网上出现了第一个名为“哲学列表”的哲学论坛,而“开放资源”的主张立刻引起了威尔士的共鸣。


    在哲学论坛中,威尔士结识了日后的合作者拉里·桑格。


    1996年,威尔士与他的朋友提姆·谢尔和麦克尔·大卫一起建立了一个名为柏米思的网站,后来又衍生出了“纳皮蒂亚”,性质都是网上百科全书知识库。


    一开始,“柏米思”的成员对百科全书抱有敬畏之心,后来发现像《大英百科全书》那样的精英路线已经完全不合时宜,他们迅速改变了方针。


    1999年10月,一家网站将《大英百科全书》全部免费上网。


    这对威尔士等人的触动很大。


    威尔士带领他的同伴开始了开放性知识资源库的建设。桑格建议,使用维基软件来做这件事。


    就这样,“维基百科”即将面世。


    2001年1月15日维基百科正式创立,它允许任何人利用浏览器阅读和修改,所有的文档都可以自由地分发和复制,在当今时代真正做到了全民共享、全民共同参与编制百科全书。



    截至2014年7月,维基百科在全球282种语言的独立运作版本突破了2100万个条目,其中,英语维基百科的浏览量占总量54%,成为第一大语言百科。


    维基的目标不仅仅是追求真实",更重要的是在差异中求得共识,威尔土一再强调,维基是处理“后现代真理困境”的一种方式,把事情尽量地处理得适度、缓和而稳健,渐地达到了一个较为公正而稳定的状态,即“中立性观点”。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 量子论的诞生——普朗克

    1901年1月14日,普朗克发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,认为黑体辐射能量来自空腔物质中带电粒子的振动,而这些振...快速预览

    量子论的诞生——普朗克

    普朗克量子假说诺贝尔物理学奖科学史

    颗粒在线 | 8天前

    在物理学界,普遍认为量子论诞生于两位伟人之手,阿尔伯特·爱因斯坦和马克斯·普朗克,他们使量子论成为近代物理发展的基石。



    马克斯·普朗克(Max Planck,1858.4.23-1947.10.4)


    普朗克量子论的研究是从“黑体辐射”开始的。19世纪末,鲁梅尔等人得出了“黑体辐射”的实验结果,希望能在实验的基础上,得到一个普遍的公式来表述黑体的辐射规律。


    面对这种情况,普朗克建立了一个黑体辐射公式,它在黑体辐射的全波段都能适用,而且与实验数据契合得很好。


    1901年1月14日,普朗克发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,认为黑体辐射能量来自空腔物质中带电粒子的振动,而这些振动是按照不同的振动模式分布的,从而得出著名的电磁波辐射能量的量子化公式。


    这个公式告诉人们光的辐射能量并不是连续的,辐射能量只能一份份地以最小单位μν的整数倍方式发射出来。


    普朗克的量子论使人们对原子和亚原子有了全新的认识,带动了一系列新的普适单位,成为开启新物理领域的基础,他因此获得了1918年诺贝尔物理学奖。


    普朗克的量子假说要比爱因斯坦光量子概念的提出早了约5年的时间,但只是针对空腔内物质原子做微小振动的振子,并没有从理论上对电磁波的量子化做出进一步的解释。


    普朗克的量子论在一开始只是一种纯粹的假设,它与经典物理不相容,却解释了经典物理解释不通的黑体辐射现象。


    正因为普朗克没能确定电磁场的量子化,使他的量子论带有某种根基上的局限性。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 神奇的塑料细胞

    2014年1月13日,荷兰化学家詹·万·赫斯特和路德·皮特斯成功地制造出世界上第一个由塑料制成的“真核细胞”。快速预览

    真核细胞塑料细胞合成生物学科学史

    浏览量 10 颗粒在线 | 9天前

    细胞是生命的最基本单元,在生命活动里,细胞的存在堪称是一个奇迹,科学家对细胞非常好奇。能不能用人工的材料和人工的方法把这种具有神奇功能又高效率的“小机器”制造出来呢?


    2014年1月13日,荷兰化学家詹·万·赫斯特和路德·皮特斯成功地制造出世界上第一个由塑料制成的“真核细胞”。


    这个人造的“塑料细胞”是一个功能分工十分明确的结构,最引人注意的是它的细胞核,这个“小东西”有“真核细胞”类似的功能。


    这个成果将人们的梦想变成了现实。这项成果发表在《应用化学》杂志的2014年第一期上,并被《自然·化学》杂志做了重点介绍。


    “塑料细胞”是化学与生物学交叉沃土上的一个果实,在大量人工细胞的研究中,形成了一个新领域——“合成生物学”。


    在合成生物学中,化学家们用各种方式仿制细胞就是想更深入地理解真正的活细胞,从而认识生命之本源。


    这项研究的主要负责人赫斯特说,也许有一天,我们可以创造更接近真实的人工合成生命。


    这项成果只是一个人造的细胞,或者说是一个由人工制作的、使用最廉价塑料完成的“最低水平的细胞”,但它却实现了细胞的核心功能,具有了细胞的核心结构,极大可能对合成化学和合成生物学带来深刻的影响。


    如何让这种人造细胞实现能量自给?


    如何找到一种能够控制细胞内部化学反应进程的方式?


    在扩大和发展人造细胞规模基础上,合成生物学将引发微分子技术和下一轮人工光合成和生物燃料制造的革命。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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  • 蜜蜂摇摆舞

    1967年1月12日,弗里施正式出版专著《蜜蜂的语言与定向之舞》。快速预览

    弗里施蜜蜂摇摆舞科学史

    浏览量 16 颗粒在线 | 10天前

    蜜蜂摇摆舞

    弗里施蜜蜂摇摆舞科学史

    颗粒在线 | 10天前

    “社会性物种”的出现,是动物演化史上的一个重大的突破。奥地利生物学家卡尔·冯·弗里施(Karl Ritter von Frisch)用自己的一一生, 研究了社会性物种之一——蜜蜂。



    卡尔··弗里施(Karl Ritter von Frisch,1886.11.20-1982.6.12 | 来源:Wikipedia


    1933年,弗里施将全部精力转向对蜜蜂的研究并持续了30多年。


    弗里施以研究蜜蜂为主线,成为“动物形态学”的创始人,并获得了1973年诺贝尔生理学或医学奖。


    弗里施经过实验发现,不同颜色的花对蜜蜂的吸引力有所不同,蜜蜂不但能识别颜色、香味,还能分辨出不同的甜度。更让人惊喜的是,在蜜蜂种群中还有信息的沟通。


    蜜蜂是如何交流信息的呢?


    为什么它们获得信息如此准确又如此迅速?


    弗里施开始了大量的实验。


    通过观察,蜜蜂在发现蜜源时会绕着8字、圆圈或新月形的路线跳舞,而舞步的方式、路线竟然与蜜源的位置相关。经过反复测试、观察,他发现不同的舞姿有着不同的含义,蜜蜂所显示的蜜源位置不仅方位正确,且距离竟然可以精确到“米”。



    蜜蜂摇摆舞示意图 | 来源:Wikipedia


    弗里施还发现,蜜蜂不仅有色觉,还能识别太阳在空中的位置、天空背景光的偏振以及地球重力的方向。


    在蜜蜂的舞蹈语言里,利用这些物理信息作为蜜源方位的坐标。在蜜蜂翅膀振动的快慢和跳舞的快慢中,也有距离的暗示。翅膀振动越快、舞步越快,蜜源的距离越短。


    不同地方的蜜蜂,跳舞的含义也不尽相同,经过了千万年的进化,对蜜蜂来说,竟然也有了“方言”和“外语”。


    1967年1月12日,弗里施正式出版专著《蜜蜂的语言与定向之舞》。


    本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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