2015年1月31日 星期六

平行世界真的存在!

圖片說明:Howard Wiseman教授,澳大利亞格裡菲斯大學(Griffith University)量子動力學研究中心主任。圖片來源:格裡菲斯大學
 
澳大利亞格裡菲斯大學(Griffith University)的研究人員提出一項新的革命性理論,叫板量子科學的基礎,而該理論基礎是平行宇宙是存在的並且其間還會相互作用。
 
在發表於著名期刊Physical Review X上的一項研究中,格裡菲斯大學量子動力學研究中心的Howard Wiseman教授和Michael Hall博士,以及美國加州大學(University of California)的Dirk-Andre Deckert博士研究表明,相互作用的平行世界不再是科學幻想,而應納入自然科學范疇。
 
研究團隊認為,平行宇宙的確是存在的,並且它們之間存在相互作用。它們之間存在著微妙的排斥力,互相影響,而不是彼此孤立地進化發展。研究人員表示,這一相互作用可以解釋量子力學中很多匪夷所思的現象。
 
量子理論是一種從微觀角度解密宇宙的理論,科學家認為它適用於一切物質。然而,眾所周知,它同時也是一門難以捉摸的理論,其中很多奇怪現象似乎違反了因果定律。
 
澳大利亞著名理論物理學家Richard Feynman曾說道:「我可以肯定地說,沒有人能透徹地理解量子力學理論。」
 
但是,格裡菲斯大學學者提出的這項「多個相互作用的世界」理論,為量子力學這一令人困惑的領域提供了創新而大膽的見解。
 
Wiseman教授說道:「平行宇宙的觀點早在1957年就曾被提出。著名的『多世界詮釋』理論中提到,每進行一次量子測量,每個宇宙都會發展延伸出一系列新的宇宙。在此假設下,所有可能性都成立了,比如:在一些宇宙中,導致恐龍滅絕的小行星並沒有撞擊地球;又或者,在其他宇宙中,澳大利亞還是葡萄牙的殖民地。但是很多評論者質疑理論中所提到的很多其他宇宙的存在,因為它們並沒有影響我們的宇宙。因此,我們所提出的『多個相互作用的世界』理論與之不同,正如它的名字一樣。」
 
Wiseman教授和同事這樣認為:
 
●  當今宇宙是由數量龐大的很多世界組成,其中一些幾乎與我們的世界是相同的而絕大部分又是完全不同的;
●  所有世界都平等地存在,連續地進化,具有其特有的性質;
●  所有量子現象都是源於相近世界中普遍存在的排斥力,這種排斥力會讓彼此變得不那麼相似。
 
Hall博士說道:「多個相互作用的世界」理論可為檢測其他世界的存在創造可能性。
 
他還說道:「我們所提出的辦法精妙之處就是,如果只有一個世界存在,則理論就直接淪為牛頓力學;而如果有多個世界存在,此理論就變成了量子力學;如果介於兩者之間,我們就提出了一項既不是牛頓理論也不是量子力學的新理論。我們認為,它提供了研究量子效應的新方法,可以用來規劃實驗,進而測試和探索新的量子現象。」
 
此類利用有限數量的世界去近似解釋量子進化的理論,在分子動力學領域將產生意義深遠的影響,這對理解化學反應和藥物效果也很重要。
 
美國德克薩斯理工大學(Texas Tech University)著名化學系教授Bill Poirier也表示:「這是非常棒的理論,不僅僅是概念層面上,它將引領一系列新穎的突破性發現。」

科學之家周周看:物聯網帶來生存危機?平行世界真的存在?信息時代真是無奇不有!


有一種網,可以讓你危機四伏;有一個理,那就是防微杜漸;有一種情,叫做可以為你放棄一切;有一世界,叫「觸不到的戀人」;有一種智慧,那也得靠遺傳。
 
物聯網越來越發達,遠程控制家電啥的現在看似都弱爆了,有木有?但科技發達的背後也隱藏著巨大的安全隱患:遠程操控讓住房著火,模擬車鑰匙信號盜車,利用攝像頭偷窺……簡直就是花錢買設備,沒成想變成了入室的「狼」啊!說了這麼多,物聯網安全二三事,你造嗎?
 
 
我們生活在物聯網時代的黎明階段,帶聯網功能的消費類電子產品數量日益增長。設備從開關、門鎖,到汽車甚至醫療設備不等,除了基礎的功用以外,都以聯網作為最大賣點。
 
互聯網的便利性不言而喻,但是用戶的安全和隱私又如何保障呢?如果心髒起搏器可以遠程遙控,那病人豈不是很危險?迪克•切尼(Dick Cheney,美國副總統)的醫生就很擔心,副總統的植入式心髒除顫器會不會因其無線功能而成為刺客手中的利器。黑入互聯設備是不是應判死刑?黑客們是不是可以通過這種方式發動大規模恐怖襲擊?研究成果告訴我們,上述擔憂並非杞人憂天。
 
碉堡了,地球這麼不安全,我們還是打滾上火星吧~ 不過最近新聞報道火星其實是被外星人人道毀滅的,最近美國51區工程師爆料外星人真的存在,醬紫真得好麼,我們又該何去何從呢?科學家最近又說平行世界也真的存在!一下子要消化這麼多信息,臣妾真是辦不到啊~我只想說,平行世界的另外的我過得好嗎,有沒有興趣和我探討一下到底該投奔哪個星球? 
 

 
澳大利亞格裡菲斯大學(Griffith University)的研究人員提出一項新的革命性理論,叫板量子科學的基礎,而該理論基礎是平行宇宙是存在的並且其間還會相互作用。
 
在發表於著名期刊Physical Review X上的一項研究中,格裡菲斯大學量子動力學研究中心的Howard Wiseman教授和Michael Hall博士,以及美國加州大學(University of California)的Dirk-Andre Deckert博士研究表明,相互作用的平行世界不再是科學幻想,而應納入自然科學范疇。
 
研究團隊認為,平行宇宙的確是存在的,並且它們之間存在相互作用。它們之間存在著微妙的排斥力,互相影響,而不是彼此孤立地進化發展。研究人員表示,這一相互作用可以解釋量子力學中很多匪夷所思的現象。
 
量子力學真是不明覺厲,還是洗洗腦子,別想那些有的沒有的事兒了吧。又快到學期末了,真是一個快樂又憂傷的季節,你懂的~考試不作弊來年當學弟,寧可沒人格也不能不及格。每逢考前,大家紛紛掛「柯南」、拜曾哥、狂K書,盛況空前。其實大考不必愁,你可以理直氣壯地說,這不怪我。學業成績的可遺傳性及其原因為(jiao)你(ni)支(gui)招(bian)。


 
由倫敦大學國王學院(King's College London)主持的一項新研究發現,考試分數的高遺傳率反映出許多受基因影響的個性特征,不只是智力,還有其他一些特征,比如個性、行為問題、自我效能等。
 
研究結果發表在Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)上。研究人員對16歲的13306個雙胞胎進行觀察,這些雙胞胎是醫學研究委員會(Medical Research Council,MRC)資助的英國雙胞胎早期發展研究(UK TEDS)的研究對象。研究中,通過一系列的認知和非認知方法對雙胞胎進行評估,研究人員還調取了研究對象的普通中等教育證書考試分數。
 
總共83個領域被縮減為9個,即智力、自我效能(對個人學習能力的信心)、個性、幸福感、家庭環境、學校環境、健康狀況、家長報告的行為問題以及孩子報告的行為問題。
 
人艱不拆,都說「天才是百分之一的靈感,百分之九十九的汗水」,我讀書不多,你別騙我,到底該信誰啊~考試考完了,寒假也就來了,多虧了今年閏月,今年寒假長得像暑假,正是囤膘的好時候啊。雖說這是個看臉的時代,但胖子也還是缺乏市場滴,你不想上演十動然拒的場面吧,看看雄性傾向:食物誠可貴,愛情價更高,動物都懂,夠勵志吧~ ^_^ 
 
 
魚和熊掌擇其一,往往兩難。而動物覓食和交配二選一時,則更難。研究人員顯示,雄性的大腦——至少線蟲是如此——會抑制定位食物的能力,而是專心尋找配偶。這些發現,對於某些人類似乎也聽之可信。
 
Current Biology雜志2014年10月16日刊登的內容指出,大腦回路微小的變化控制著男性和女性行為的差異。
 
該研究的主要作者、羅徹斯特大學(University of Rochester)生物醫學遺傳學系和神經發育和疾病中心(Department of Biomedical Genetics and Center for Neural Development and Disease)的副教授Douglas Portman博士談到:「雖然我們知道人類的行為受到包括文化和社會規范等眾多因素的影響,但研究結果指出,基礎生物學機制不僅有助於解釋男女行為的差異,還能解釋為何某種性別的人更容易患某些神經性障礙。」
 
雖說食物和愛情都很重要,但為了生命故,兩者皆可拋啊。都說國人是吃地溝油的命,操中南海的心,生日本人的氣,砸中國人的車。地溝油大家都避免不了,還是了解汽油小洩漏,健康大風險吧,汽油洩露也會對環境和公眾健康帶來影響哦,多一道安全意識總是沒錯滴~
 
 
一項最新研究表明,加油站在加油時經常溢出汽油,這些汽油日益累積,會對加油站附近的土壤和地下水造成長期污染。
 
關於汽油洩漏的研究大多集中於與大規模洩漏相關的問題,很少有研究會考慮常規汽油洩漏對環境的潛在影響。約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins)布隆博格公共衛生學院(Bloomberg School of Public Health)的研究人員在2014年9月19日的網絡版Journal of Contaminant Hydrology雜志上指出,他們開發了一個數學模型並進行了實驗,結果表明這些小的洩漏帶來的問題可能遠大於以往的預計。
 
小編來總結啦,嘿嘿,看到這兒,你必然讀完這五篇文章了,點贊~
 
物聯網,雖有風險,但福兮禍之所倚嘛,因噎廢食絕非良方,這些安全隱患終有一天會解決的;汽油洩漏,除了防微杜漸,還得積極采取應對措施,保障人類健康;愛情,叫做可以為你放棄一切(只要你吃飽就好),是不是為這些動物世界的小單純有些小小的感動呢;平行世界如果真得存在,那是不是會上演「救世主」的戲碼呢;看完學習成績能遺傳,是不是也有些小驚喜呢。

科學家制造出可解釋生命起源之酶

圖片說明:分子結構(Stock圖片)。圖片來源:zhu difeng / Fotolia
 
通過在試管中模擬自然進化,Scripps研究所(Scripps Research Institute,TSRI)的科學家們設計出一種酶,它有著一個特有的屬性,該屬性可能在地球生命起源中起著關鍵性作用。
 
除了為生命起源提出了一種可能的路徑,這一成就還可能帶來一種強大工具,可以進化出新的有用分子。
 
Gerald F. Joyce是斯克裡普斯研究所(Scripps Research Institute,TSRI)化學、細胞與分子生物學系教授兼諾華研究基金會基因組學研究所(Genomics Institute of the Novartis Research Foundation)主任,他介紹說:「當我開始告訴人們這些的時候,他們有時會懷疑我們是否僅僅只是在暗示這樣一種酶的可能性,但事實並非如此,我們制造出了它。」 
 
Joyce是這一新報告的作者之一,報告先於印刷版在2014年10月29日Nature雜志網絡版上發表。
 
復制的難題
 
由於這種新酶是由核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)制造出的,所以被稱為核糖酶(ribozyme)。 現代以DNA為基礎的生命形式似乎由更簡單的「RNA世界」演變而來,許多科學家懷疑帶有酶的特性的RNA分子是地球上最初的自我復制子。
 
新的核糖酶主要以如下方式工作。它以原始的RNA鏈作為參考或「模板」,幫助同一條「復制」的RNA鏈結合在一起。然而,它並不是產生一個同其自身完全相同的分子拷貝。取而代之的是產生一個其自身的鏡像拷貝,如同左手在右邊一樣 ,反過來,「左手」的核糖酶能幫助產生原始分子的復制。
 
以前從未有人制造出這種「交叉手性」(cross-chiral)的酶。新研究驗證,這種酶可能出現在原始的RNA世界,這克服了生命起源中的一個關鍵障礙。 
 
地球的生物都以這種方式進化,在每一類分子中手性或偏手性成為主導復制方式。事實上,幾乎全部的RNA都是右手性,被稱為D-RNA。這種結構的統一使得同類分子間的互動更有效,如同握手時用的是兩只左手或兩只右手,而不是一左一右,這樣握起來更有效一樣。
 
Joyce說:「科學家一般都認為,互相作用的分子之間一定有一個共同的手性以保障生物體運轉。」
 
然而,看上去似乎簡單的RNA分子在原始的地球上有左手型和右手型兩種形式。除開這種推理,30年前Joyce還是研究生的時候,在Nature發表了一篇文章,文章指出,自我復制子如果那樣混合,那麼演變會很困難。獲得游離核苷酸(nucleotide)組成其自身的任一RNA鏈最終將合並相反手性的RNA核苷酸,這將阻斷這一復制過程的進一步組裝。
 
Joyce說:「自那時起我們都一直想知道,遠古的地球上RNA復制是如何開始進行的。」
 
減少限制
 
一種理論認為右手性的RNA酶是可以自我復制,也可以復制其它右手性RNA分子,而忽略了左手性的L-RNA。Joyce等人在實驗室中創造了這種核糖酶,發現RNA傾向於同其它RNA形成粘性鹼基對,這對多種細胞功能都是有用的特性。這一特性也妨礙了它復制其它RNA分子的能力。事實上,這些RNA復制核糖酶同部分RNA序列作用得很好,但不是所有的。
 
通用的RNA復制酶對於其操縱的RNA會有較少的控制。Joyce說:「這就是後來進化出的復制RNA和DNA的蛋白質酶工作的方式,因為它們不是核酸,所以它們不能同它們復制的核酸形成鹼基對。」
 
但是RNA酶在一個僅有RNA的原始世界是如何這樣工作的呢?
 
也許它只有作用於相反手性的RNA,這樣化學上禁止其形成連續的鹼基對。Joyce說:「我們開始思考,就像你只可以用另一只手同其他人握手,這感覺上有點古怪。」
 
試管中的進化
 
沒有人制造出或甚至試圖制造出一種作用於相反手性的RNA、以交叉手性方式工作的核糖酶。但在這個新研究中,Joyce實驗室的博士後人員Jonathan T. Sczepanski使用一種名為「試管進化」(test-tube evolution)的技術制作出了這樣的酶。
 
他從一種有大約千之五次方(1015)個短RNA分子的「湯」開始。這些分子的序列基本是隨機的,並且全都是右手性的。Sczepanski說:「我們這樣安排後,就可以從溶液中選出能夠催化同左手性RNA聯合反應的分子,繼而將之擴增。」
 
僅經過10輪這樣的選擇、擴增之後,研究者獲得了一個很好的候選核糖酶(candidate ribozyme)。接著他們擴大了其核心區的大小,通過另外六輪選擇,裁剪掉無用的核苷酸。結果得到一個83個核苷酸的核糖酶,它是唯一一個有著合適序列特異性的酶,確實能使左手性RNA測試片段同模板結合而且這較沒有酶輔助時要快大約一百萬倍。
 
該團隊還表明這一新核糖酶甚至可以在有同手性RNA核苷酸出現的情況下無障礙地工作。在最後一次實驗中,該新核糖酶成功地催化了11個RNA片段組裝成其對應的左手性核糖酶的一個完整拷貝,反之,該拷貝也能將右手性RNA片段連接起來。
 
研究者現在通過更多輪次的選擇,使右手性核糖酶能調控整個RNA的復制,且基本上不用依賴序列,並暗示左手性核糖酶進行同樣的篩選。這會使其成為一個真正通用的RNA復制酶,理論上能夠把原始的核苷酸「湯」(nucleotide soup)變為巨大的生物圈。
 
Joyce說:「最終我們想達到目標的是讓RNA復制酶受更少限制,讓其開始復制、進化並有所成效。當然這一切是在實驗室而不是野外進行。」

基因變異與記憶力衰退

圖片來源:Karen Arnold/Public Domain
 
在一項大型記憶基因學研究中,國際研究團隊把兩種普通的基因變體與記憶功能聯系到了一起。密西西比大學醫學中心(The University of Mississippi Medical Center)的科學家參與了這項研究。
 
研究結果刊登在2014年11月25日的Biological Psychiatry期刊上。該研究為更好地了解由阿爾茨海默病(俗稱「老年痴呆症」,Alzheimer)或衰老引起的記憶喪失提供了新的可參考信息。
 
Thomas Mosley博士說:「人類壽命越來越長,全球范圍內記憶減退和痴呆症也越來越普遍,因而破譯人類的記憶密碼愈發迫在眉睫。」Thomas Mosley是密西西比大學醫學中心下屬精神疾病中心(MIND Center)的主任,也是這項研究的資深科學家。他補充道:「記憶減退如果慢一點點,老年人就可以再多過幾年能自理的日子,那麼由痴呆症引起的人口包袱也會大大減輕,國家醫療體制和家庭的壓力自然也會有所緩解。」
 
研究人員分析了近30000名未患痴呆症的歐裔參與者的基因數據,他們來自世界各地的合作研究中心,年齡均在45歲及以上。除此之外,研究人員還用近11000名歐裔參與者、4000名非裔美國人以及1500名青年人的基因數據來作對比分析。
 
研究人員對受試者的每個基因組上的250多萬個點進行了仔細檢查,而後發現大部分老年人的載脂蛋白E基因附近的基因變體與記憶功能衰退之間有一定的關聯。
 
這種相同的基因變體會加大罹患痴呆症的風險,尤其是阿爾茨海默病。
 
研究人員說,在一項輔助研究中,研究人員以死者大腦為樣本,發現受試者的記憶風險變體越多,其罹患阿爾茨海默病的病理特征就越明顯,有時候甚至還會出現這種疾病的早期臨床症狀。
 
研究人員稱,此基因組還有另外兩個區域指向免疫反應基因,這又為老齡化記憶力衰退中的免疫系統功能紊亂提供了新的幫助。
 
這項研究的第一作者Stéphanie Debette醫學博士說:「有趣的是,與記憶功能相關的基因變體還可以預測海馬區(hippocampus)中變化後的特定基因表達水平,海馬區(hippocampus)是大腦中負責鞏固信息的關鍵區域。這些基因主要參與泛素(ubiquitin)的新陳代謝,而泛素(ubiquitin)在蛋白質降解中起著至關重要的作用。」Stéphanie Debette醫學博士是波士頓大學醫學院(Boston University School of Medicine)的兼任副教授。
 
Mosley將此次基因發現歸功於世界范圍內的廣泛協作。該協作是由基因流行病聯盟的心髒與老齡化研究組群(Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology consortium,CHARGE)發展而來的。
 
Mosley說:「通過這個組群,我們將全世界的頂尖研究人員匯聚在一起,共享數據和分析資源,極大地提高了我們識別像記憶力和阿爾茨海默病這種復雜表型的基因變體的能力。」
 
該CHARGE組群包含五個基於人口的研究,即動脈粥樣硬化風險的群體性研究(Atherosclerosis Risk in Communities study)、雷克雅末克老年化研究(AGES-Reykjavik Study)、弗雷明漢心髒研究(Framingham Heart Study)、心血管健康研究(Cardiovascular Health Study)以及鹿特丹研究(Rotterdam study)。
 
有23個附加研究為記憶分析提供數據。美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)為CHARGE組群研究提供資金支持。
 
研究人員說,在研發治療方法或基因診斷測試之前,還需要進一步研究,以證實以上研究結果。
 
Mosley說:「研究結果需要進行反復驗證,以便我們更好地理解基因點的功能。識別敏感區域僅僅是第一步,也是非常重要的一步,因為了解敏感區域的內在機制可以從根本上找到治療記憶力喪失的最新方法。」

LHCb實驗發現兩種新型重子

圖片說明:質量差異光譜:LHCb結果有力地證明了兩種新型粒子Xi_b'- 和 Xi_b*-的存在,這兩種粒子分別位於第一峰和第二峰,置信度高達10西格瑪。圖中黑色的點代表信號采樣,紅色柱狀陰影代表控制試樣,藍色曲線代表包含兩個新粒子的模型擬合結果。Delta_m是Xi_b0 pi-對的質量與Xi_b0粒子和pi-粒子質量之和的差。圖中右上角是更詳細的Xi_b'數據。圖片來源:phys.org
 
2014年11月19日,歐洲核子研究委員會(CNRS)的大型強子對撞機底誇克實驗(LHCb)宣布發現了重子族群中兩種新型粒子。誇克模型可推導出這兩種從未發現過的粒子的存在,即Xi_b'- 和Xi_b*-粒子。2012年,歐洲核子研究委員會在緊湊型繆子螺旋管磁鐵(CMS)實驗中,曾發現一種相關粒子Xi_b*0。LHCb實驗組織已將研究成果整理並發表於Physical Review Letters雜志。
 
正如大家熟知的大型強子對撞機(LHC)加速產生的質子,新型粒子是一種由三個誇克以強作用力結合的重子。盡管誇克的類型不同,新型Xi_b粒子均含有一個底誇克(b),一個奇誇克(s)和一個下誇克(d)。由於底誇克很重,因此Xi-b粒子的質量是質子的6倍。而粒子可能比其組成部分質量之和更重,因為粒子的質量與其組合方式相關。每個誇克都有「自旋」(spin)的屬性。在Xi_b'-粒子中,兩個質量較小的誇克自旋方向相反;而在Xi_b*-粒子中,兩個質量較小的誇克自旋方向相同。這一性質使Xi_b*-粒子的質量較大。
 
「自然界太神奇了,一次性讓我們發現了兩種粒子。」歐洲核子研究委員會巴黎第六大學(Paris VI University)核子物理暨高能物理實驗室(LPNHE)研究人員Matthew Charles說道,「Xi_b'-粒子的質量接近其衰變產物的質量之和。如果它的質量再輕一點點,我們則根本無法根據衰變發現它。」
 
「這個結果著實讓人興奮。感謝LHC實驗室在LHCb實驗中出色的強子識別技術,使我們能夠從中分離出幾乎沒有受到干擾的強烈信號。」紐約雪域大學(Syracuse University)的研究人員Steven Blusk說道,「這個結果再次展示了LHCb探測器卓越的靈敏度和精確度。」
 
除了這些粒子的質量之外,研究小組還深入研究了它們的相對產率、寬度(用來衡量粒子的穩定性)以及一些衰變特征。這個實驗結果與之前基於量子色動力學(Quantum Chromodynamics,QCD)的預測結果一致。
 
量子色動力學是粒子物理學標准模型(Standard Model)的一部分,可用於描述物質中基本粒子的相互作用方式和作用力。通過高精度量子色動力學測試,可以更好地理解誇克動力學這一很難計算的模型。
 
圖片說明:粉色發光體照亮了LHC粒子束管內的模型,它可用於培訓歐洲核子研究委員會的工程師和技術人員。圖片來源:phys.org
 
「如果想在標准模型之外發現新的物理現象,我們首先需要清晰的思維。」荷蘭國家亞原子物理研究所(Nikhef Institute,Amsterdam)的物理學家Patrick Koppenburg說,「如此高精度的研究有助於我們更好地區分標准模型效應和任何未來全新的或預想不到的事情。」
 
實驗使用的數據均來自2011年到2012年間的大型粒子對撞機。為了能在更高能量和更強離子束下運行,大型粒子對撞機現在已停工以做好充分的准備,並預計於2015年春季重新啟動。

電子如何引發原子及分子躍遷

圖片來源:Abdruck honorarfrei; Copyright TU Wien
 
通過求解之前困擾很多研究人員的六維方程,美國內布拉斯加林肯大學(University of Nebraska-Lincoln)的物理學家可准確描述使電子從其軌道上逃逸的激光脈沖特性,並准確預測和操控電子運動。
 
我們很早就知道,一定強度的激光脈沖產生的能量可以使電子從其圍繞著原子快速旋轉的軌道上逃逸,即離子化。
 
美國內布拉斯加林肯大學領導的國際研究證明,電子離開氦原子的角度取決於激光脈沖電場是左旋電場還是右旋電場,即它是逆時針旋轉還是順時針旋轉。研究人員還計算了這兩種情況下電子逃逸角度的不同范圍。
 
研究人員將此效應稱為「非線性二色性」(nonlinear dichroism),他們進一步證明該效應僅當原子受到一束超快的強烈激光脈沖照射並且其電場為橢圓形時才會出現。
 
這項研究成果發表於Physical Review Letters雜志。文章特別指出,能產生這一效應的激光脈沖持續時間不超過2*10-16秒。以2*10-16秒的時間間隔從0數至1秒,需要花上約1.585億年,這比地球從侏羅紀進化至今的時間還要長。
 
「激光原子物理學的目標就是控制電子運動並成像。」本文的共同作者、物理學教授Anthony Staraces說道,「為了實現這一目標,我們需要時間尺度比電子運動還要快的探針。」
 
Starace同時注意到,超快激光脈沖與其引起的量子尺度相互作用會使許多實驗結果的機理變得難以理解。
 
「整個過程在如此短的時間內發生,實驗者往往也不知道自己得到的結果是什麼。」Starace說道,「他們無法觀測到電子如何引發原子及分子躍遷。因此,他們需要清楚如何觀測,如何得到正確的觀測結果。」
 
Starace說道,此項工作有助於激光物理學家了解這些普遍存在的基本問題。
 
「超快激光脈沖現已用於電子過程的計時。」Starace說道,「日常生活中我們一般使用分鐘作為時間尺度,而電子運動往往在極短時間內發生。但到底是10-17秒、10-16秒還是10-15秒,我們無從得知。如果我們能夠了解,就可以從理論上真正弄清楚電子躍遷的具體經過。」
 
Starace說道,通過識別和測量非線性二色性,我們的研究可以使量子物理學家更好地描述實驗中產生的激光並驗證實驗結果。
 
「實驗者通過測量這一新效應,就會知道激光脈沖的持續時間、脈沖的極性以及產生的電場形狀等問題。」Starace說道,「這些都可以表征激光脈沖特點。」
 
Starace說,本研究表明人們朝著激光物理學的最終目標更進一步,即操控宇宙中物質最基本的構成部分。
 
「如果實驗最終可以產生這一脈沖,該新效應可使實驗者能夠操作電子的運動方式。」Starace說道,「如果使用10-18級這種具有特殊極化率的激光脈沖去轟擊一個目標,我們可以識別電子的運動方式。這就是人們的夢想——不僅僅是觀察,而且要實際操控電子的運動。」
 
物理學助理教授Jean Marcel Ngoko Djiokap在本次研究中負責編寫受激光影響的電子相互作用以及多維電場中電場復雜度的程序代碼。
 
「通常情況下,理論上電場只在一個方向上振蕩,這降低了計算的難度。」Starace說道,「當極化為橢圓形時,電場在一個平面內自轉。這進一步增加了問題的難度,也大大增加了計算量和計算難度,但Marcel很好地解決了這個問題。」
 
Starace將該團隊的計算方法比作去坐一個由激光脈沖產生的電場這一橢圓形旋轉木馬。他還說道,從這一角度切入並進行計算可以簡化問題,而從外部靜止的觀測卻不能。
 
「假設一個人坐在旋轉木馬上,線外的人們看到他在轉動,而他相對於木馬是靜止的。」Starace說道,「Marcel的工作就是將實驗室框架下的計算平移到此旋轉框架內,所以我們觀測的都是線性極化的一維光。因此所有的問題都迎刃而解了。」

量子力學計算揭示酶活性位點的隱藏狀態

圖片說明:鐵硫簇(a [2Fe-2S] cluster)。圖片來源:C. Todd Reichart
 
在金屬原子簇這一活性位點的幫助下,酶支配著很多基本的生物過程,比如光合作用、固氮作用和呼吸作用。但是科學家缺乏對酶這一功能的基本了解,因為對研究酶的化學性質至關重要的狀態無法借由實驗進行觀測。現在,美國普林斯頓大學(Princeton University)的研究人員首次直接觀測了鐵硫簇的電子狀態(鐵硫簇是很多酶的活性位點)。該研究成果發表於2014年8月31日的Nature Chemistry雜志,研究通過計算鐵硫簇中電子復雜的量子力學行為來揭示此狀態。
 
論文的通訊作者、化學系教授Garnet Chan說道:「鑑於量子力學的復雜度,這些問題一度被認為不可能建模。」
 
在這些系統中,電子之間有著較強的相互作用,它們的運行就像一支復雜的舞蹈。為了降低計算復雜度,研究人員從量子信息理論的基本原理中推導得出,電子運動有著特殊的形態。
 
「乍看上去,電子以復雜的方式運動,但最終你會發現只有周圍最鄰近的電子對其運動有影響,這就類似於擁擠在一個房間裡的人。電子行為限制的發現大大簡化了計算過程——雖然很難,但建模是有可能的,而這只是我們工作的一小部分。」
 
使用這些新方法,Chan和他的團隊人員發現鐵硫簇的電子狀態比之前研究所報道的都多。於是,他們認為這一豐富的電子狀態可以用來解釋普遍存在的生物過程。
 
他們發現電子狀態實際上要比之前想象的多很多,這一發現表明酶中存在許多不同的化學狀態。假設這些鐵硫簇使用的是一種聯合機理,而不像之前大家所認為的那樣只有一條明顯的電子通道,結果會怎樣?Chan一直在思考這個問題。為了驗證這一問題並進一步了解鐵硫簇的行為,研究人員試圖加大計算量,來觀測正在進行的化學變化。
 
「如果你想知道為什麼鐵硫簇是一個獨特的生化主體,我們如何能得到更好的合成物,我們就必須知道電子的運動過程。」Chan說道,「現在我們已初步觀測它們的運動過程。」

量子計算機磁頭怎麼造?

圖片說明:實驗室裝置觀測納米金剛石中的氮-空位中心與石墨烯之間的相互作用。圖片來源:Astrid Eckert /慕尼黑工業大學
 
金剛石中的氮-空位中心可作為構建量子計算機的重要組件,但此前人們一直無法電子讀取以光學方式寫入這些系統的信息。以慕尼黑工業大學(Technische Universitaet München,TUM)的Alexander Holleitner教授為首的科研團隊發現,借助石墨烯層就可以構建這樣的讀取單元。
 
理想狀態下,金剛石僅由碳元素組成,但天然金剛石總是存在缺陷。研究最多的缺陷就是由一個氮原子和一個空位組成的氮-空位中心,這種氮-空位中心可用作量子計算機的注冊組件或高敏傳感器。然而,直到現在人們也沒能夠以電子方式提取其中光學存儲的信息。
 
由物理學家、慕尼黑工業大學教授Alexander Holleitner以及Ciencies Fotoniques研究所的物理學教授Frank Koppens領導的科研小組,現已開發出了讀取其中存儲信息的技術。此技術基於將納米金剛石氮-空位中心的能量直接轉移到相鄰的石墨烯層。
 
非輻射能量轉移
 
當激光照在納米金剛石上,可見光子便在氮-空位中心將一個電子從基態激發到激發態。「被激發的電子和空出的基態兩者所組成的體系可以被視為一個偶極子。」Alexander Holleitner教授解釋說,「這個偶極子反過來又會在相鄰石墨烯層誘發一個由電子和空位組成的偶極。」
 
在大小約為100納米的金剛石中,獨立的氮-空位中心互相絕緣。與之不同的是,石墨烯層能夠導電,兩個金電極就可以檢測到感應電荷,這樣既可電子測量石墨烯層,也就相當於測量到了氮-空位中心的數據。
 
皮秒電子檢測
 
快速測量對於這個實驗裝置來說是必不可少的,因為生成的電子空位會在幾十億分之一秒後消失。不過,Holleitners實驗室發明的技術可以將測量時間控制在皮秒范圍(萬億分之一秒)內,這樣科學家們就可以密切觀察這些過程。
 
與Louis Gaudreau進行合作測量的博士生Andreas Brenneis說道:「原則上,我們的技術對染料分子也同樣奏效。金剛石有大約500個點缺陷,但我們的方法很靈敏,應該也能夠測量單個染料分子。」
 
由於納米電路轉換速度極快,傳感器如果使用研究人員開發的此項技術不僅僅可用於測量超快過程,而且還可以集成到未來的量子計算機中,讓量子計算機的時鐘頻率進入兆赫范圍。

信息隱身衣——時間斗篷

圖片說明:時間斗篷的基本結構示意圖:(a)多波長斗篷的波形情況,藍色線和紅色線分別代表隱形通道和接受通道中的數據強度。圖中的羅馬數字代表通路中的不同節點:I. 向第一個相位調制器輸入數據;II. 經quarterTalbot色散後;III. 事件調制之前的事件平面;IV. 事件調制之後的事件平面;V. 補償quarterTalbot色散前;VI. 輸出。只有紅色通道受到數據調制影響,本實驗中的調制數據為0-1交替序列。(b)實驗裝置。輸入端和輸出端分別有兩個方框,表明了多波長斗篷(WDM實驗)和數據輸入斗篷(DATA實驗)的差異。藍色的光纖和布拉格光柵表明有反常色散的存在,而紅色代表正常色散。圖中CFBG指啁啾光纖布拉格光柵,SMF指單模光纖,DCF指色散補償光纖。圖片來源:Optica, Vol. 1, Issue 6, pp. 372-375 (2014) DOI: 10.1364/OPTICA.1.000372
 
美國普渡大學(Purdue University)的工程人員團隊最近成功發明了一個時間斗篷,這種技術基於在普通介質上傳遞的雙激光廣播通信通道。他們的研究成果發表於雜志Optica,文章中描述了團隊如何在以前成果的基礎上發明了時間斗篷,用來隱藏高速數據通信中的數據。
 
人們大都聽說過斗篷裝置(即隱性裝置),即將物體覆蓋避免被人發現的裝置,而時間斗篷卻鮮為人知。與一般斗篷不同,時間斗篷隱藏的是事件而不是物體。普渡大學的工程人員去年有了這一想法並開始研究,在通訊信道中通過使用時間斗篷傳播隱藏的數據。然而,由於此方法對數據的隱藏過於隱秘,導致任何人都無法讀取數據。現在,這一團隊在一定程度上改進了隱形的方法,可以將數據先進行時間隱形,掌握原理的人可以解除隱形,而對於其他人而言數據則保持隱形。
 
時間斗篷的原理是將事件發生的證據掩蓋。一種方法是控制激光發射出的光子流,用特殊的方式將數據插入光子流,使其看上去沒有明顯變化,而事實上,由於數據的插入,光子流已發生改變。只有掌握原理的人才會發現數據存在於光子流中。然而,必須知道怎樣提取這些數據,這正是普渡大學研究團隊的工作。
 
他們發布的時間斗篷借助於兩個基於不同頻率激光的通訊通道。其中一個是非時間隱形的正常頻率,第二個是時間隱形的。除了知道如何破解的人,任何發生的事件都將處於隱蔽狀態。兩個通道中的光通過同樣長度的光纜傳播,而了解隱形通道的人可以進入正確的通道以獲取信息。這一方法使知情者可以獲取隱形數據,同時可避免闖入者干擾通信。

植物油——胃病克星

圖片說明:Liangfang Zhang博士。圖片來源:加州大學聖地亞哥分校醫學院(UC San Diego School of Medicine)
 
幽門螺桿菌是與胃潰瘍和胃癌密切相關。為了防止感染,加州大學聖地亞哥分校醫學院(University of California San Diego School of Medicine)以及雅各布斯工程學院(Jacobs School of Engineering)的研究人員研發出了LipoLLA——植物油中一種有治療性的納米微粒,含亞麻酸。小鼠實驗證明LipoLLA是安全的,並且比標准的抗生素治療更加有效。
 
該研究結果於2014年11月24日發表在Proceedings of the National Academy of Sciences雜志網絡版上。
 
加州大學聖地亞哥分校穆爾斯癌症中心(Moores Cancer Center)及納米工程學院的Liangfang Zhang博士說:「當前幽門螺桿菌治療面臨的一個主要困難是抗生素耐藥性,我們的目標是開發一種納米級治療技術,使之能夠在嚴酷的胃部環境中殺死幽門螺旋桿菌並且避免耐藥性的產生。」穆爾斯癌症中心及醫學院助理教授Marygorret Obonyo博士與Liangfang Zhang博士合著此項研究論文。
 
LipoLLA是一種含亞麻酸的脂質(脂肪)微粒。LipoLLA遇到幽門螺旋桿菌時,它會與細菌膜融合,然後該微粒的亞麻酸成分溢出,破壞細菌膜並殺死細菌。
 
Liangfang Zhang博士、Obonyo博士以及他們的研究團隊將LipoLLA用熒光標記並用其喂食小鼠,他們觀察到這種微粒分布在胃黏膜中,並停留在那裡。經過處理後,他們測量了胃部的細菌數量及炎症指標,再與標准的抗生素療法進行對比,發現LipoLLA能夠更有效清除幽門螺旋桿菌。更重要的是,LipoLLA在小鼠實驗中並未發現毒性,同時這種細菌也未對治療產生耐藥性。
 
Liangfang Zhang博士說:「這是我們邁出的第一步,它證明我們可以研制出治療性納米微粒,並且該微粒能夠有效減少幽門螺桿菌感染。現在我們正努力進一步強化這種微粒,使其更穩定、更高效。

粒子碰撞中的未解之謎

圖片說明:從底部往上看,LHCb的地下部分。圖片來源:Anna Pantelia/CERN

日前,在大型強子對撞機(Large Hadron Collider,LHC)中的一項驚人發現,使得科學家們開始重新思考一些基礎物理的數學描述。通過對日常生活中差別很明顯的兩種力(而在對撞機或宇宙剛剛誕生後卻很一致),科學家們簡化了基本粒子之間的相互作用。這一簡化將使得未來在LHC和其他對撞機中的實驗有助於解釋「新物理學」,發現人類從未發現過的粒子或運動過程。

在LHC中的一個探測器中(LHCb)中,因強大的質子碰撞而產生的復合亞原子結構以一種不可思議的方式瓦解。

探測器名字中的字母b代表美誇克,是誇克的一種,而誇克是物質的基本成分之一。一對誇克,即一個美誇克和其他另外一種誇克,在一起組成一個美介子。

介子是不穩定的瞬時結構,可迅速衰變成其他基本粒子。其中一種衰變產生一個電子和一個陽電子,或者一個μ子和它的反物質,即反μ子。

粒子物理學的標准模型預測上述兩種結果發生的概率是相等的,該模型是一種強大的數學模型,已指導物理學家發現了希格斯玻色子(higgs boson)和它之前的其他粒子。

然而使用LHCb探測器的實驗卻表明μ子與電子的衰減比要比預想中的少25%。這一異常現象屬於「新物理學」,我們還需進一步了解自然界中的基本作用力。

美國加州大學聖地亞哥分校(University of California,San Diego)的物理學教授Bengamin Grinstein,以及組內的博士後研究人員Rodrigo Alonso De Pablo和Jorge Martin Camalich重新審視了這一預測過程中的數學模型。他們的修正成果將於2014年12月第2周發表在Physical Review Letters雜志上。

通過標准模型描述了粒子及它們之間的相互作用,幫助人們發現了電磁相互作用力和弱相互作用力這兩種自然界中的基本作用力,這些可用來解釋放射性衰變。

通常情況下,弱作用力和電磁作用力是不同的;但是在一些特殊情況下,比如用對撞機產生的高能環境下或者宇宙大爆炸後的一些極端條件下,它們是統一的,並稱為電弱統一理論。

「我們注意到人們在低質量粒子諸如介子實驗中所用到的參數並沒有考慮到模型改進後的約束條件,對標准模型的改進將用於解釋一些其他的相互作用。」Grinstein說,「在實驗中,你會發現很多驚人的約束。而在低能情況時,人們可能會忽視電弱理論中的很多約束,雖然這些約束看不見,但忽視它是不正確的。」

Grinstein的研究小組總結道,當上述兩種作用力統一時,一些描述相互作用的數學用語,也稱之為參數,將不再適用。而其他有些參數是相關的,可合並為單個參數,這將大大減少模型中的參數總數。

Alonso說:「認真考慮,我們會得到更詳細更復雜的模型。該成果的精妙之處就是我們的假設大大簡化了這些衰變的物理學研究。」

Camalich說:「我們可以利用新物理學來解釋這一異常現象。」

他們的描述與標准模型中的數學理論是完全吻合的,只是增加了一項用來解釋低質量粒子中的一些偏移現象,諸如美誇克、奇異誇克和粲介子等的衰變。

這一簡化的數學模型對實驗物理學家的觀測給出了具體預測。它限制了基本粒子特定相互作用產生的自旋或螺旋等。

當然,這些是十分罕見的,僅有億分之一的美介子以這樣的方式衰變,而一個對撞機中會產生幾十億個介子。而這一個異常的介子就是Grinstein小組的研究對象。

按照量子場論,這些相互作用都是由粒子的交換產生的。

Grinstein說:「這一參數化法忽略了粒子之間的交換,它基於不可知論。」但是這對於發現新的基本粒子是有意義的,Grinstein補充說:「一旦很好地描述了這些粒子間的交換,我們就需要去研究在某些特定條件下何種粒子會停止交換。」

如果還存在其他的粒子,它們隱藏了這麼久,也許是因為它們的質量很大,而現有的對撞機還沒達到足夠高的能量去產生它們。

在宇宙學理論中,人們發現了一些新的物理規律和未知物質組成的暗物質的存在,以及暗能量導致的宇宙的加速碰撞。這些未解之謎讓我們有理由去推斷這一新粒子是否是暗物質的組成之一。

Alonso說:「在物理學中,對於新問題我們需要不斷研究基本規律,基本相互作用力可以解釋幾乎所有一切。」

量子力學,沒那麼復雜

圖片說明:根據量子力學理論,粒子可以表現出波的特質,反之亦然。近日,研究人員發現,這種「波粒二象性」(wave-particle duality)僅僅是量子力學不確定性原理(uncertainty principle)的另一種表達。圖片來源:Timothy Yeo / CQT,新加坡國立大學(National University of Singapore)
 
有一條令人振奮的消息:量子力學沒有我們想象的那麼復雜。日前,一個國際研究小組研究表明,量子世界之前看上去完全不同的兩種特質實際上只是一種特質的不同表現而已,這一研究結果發表於2014年12月19日的Nature Communications雜志。
 
在新加坡國立大學(National University of Singapore)的量子技術中心(Centre for Quantum Technologies),Patrick Coles、Jedrzej Kaniewski和Stephanie Wehner共同完成了這一突破性研究。他們發現「波粒二象性」(wave-particle duality)實際上就是不確定性原理(uncertainty principle)的另一種表達,這一發現使量子物理學領域兩個難以理解的定理合二為一。
 
荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)量子物理學副教授Wehner說:「當人們開始思考可以從一個系統中獲取哪些信息時,會很自然而然地得到波粒二象性和不確定性原理之間的聯系。我們的研究結果強調了從信息角度思考物理學問題的力量。」
 
這一發現加深了我們對量子物理學的理解,並為波粒二象性的應用提供了新思路。
 
波粒二象性是指量子物體具有波的特質,但當人們嘗試定位該物體時,此種波的特質隨即消失不見。很簡單的一個例子就是雙縫實驗(double slit experiment)。實驗中,單個粒子(例如電子)被發射到一個含有兩道狹縫的屏幕上。狹縫後的粒子並不像普通物體那樣堆積,而是呈現出類似於波的干涉那樣的條紋圖案。而當人們試圖觀察單個粒子如何通過狹縫時,波的干涉圖案便會消失。
 
不確定性原理是指,對於一個量子粒子,人們不可能同時觀察到它的兩種屬性。比如,如果人們對原子位置的測量越准確,那麼對原子運動速度的測量就會越不准確。這是對基本的自然可知論的一種限制,而不僅僅是對測量技術的一種判斷。該研究顯示了人們可以在何種程度上用完全相同的方式了解一個系統波的特質及粒子的特質。
 
自20世紀初以來,波粒二象性和不確定性原理一直都是量子物理的基本概念。加拿大量子計算研究所(Institute for Quantum Computing)博士後研究員Coles說道:「我們根據直覺判斷,這兩種性質之間一定具有某種聯系。」
 
現在可以使用方程描述不確定性原理對粒子雙重特性的影響。Cole、Kaniewski和Wehner是研究「熵的不確定關系」(entropic uncertainty relations)的專家,他們發現之前所有用於描述波粒二象性的數學關系式都可以使用此關系重新描述。
 
「這就類似於人類所發現的兩種語言之間的聯系——『羅賽達石』(Rosetta Stone)一樣。」Cole說道,「文獻中關於波粒二象性的描述就像象形文字一樣,很難理解,我們可以將其轉化為熟知的母語。在幾次頓悟之後,我們終於明白了其中內涵。」
 
在此之前,熵的不確定關系也用於檢驗量子密碼學的安全性。量子密碼學是一種使用量子粒子進行安全通訊的方式,因此研究人員認為,該研究同時還會大大激發人們對新的加密協議的研究興趣。
 
在早期的論文中,Wehner及合作伙伴發現了不確定性原理和其他物體定律之間的聯系,例如量子的「非定域性」(non-locality)和熱力學第二定律(second law of thermodynamics)之間的聯系。研究人員的下一個目標是將這些零散的研究相互結合,用來更好地描述自然界。

4D打印制造出變形材料

圖片說明:上圖是4D打印的網格,這個網格可呈凸面或凹面。圖片來源:Dan Raviv
 
利用新型4D打印技術,研究人員可打印出隨時間變形的動態3D結構。
 
科學家表示,有一天這樣的4D打印產品會應用於各個領域,包括醫學植入和家電產品。
 
當今3D打印產品的原料十分廣泛,包括塑料、陶瓷、玻璃、金屬、以及一些不常用到的材料,如巧克力和活體細胞。3D打印機的工作原理是逐層鋪墊材料,就像一般的打印機出墨一樣,不同的是3D打印機可以層層疊加平面來制造3D物體。
 
該研究的首席作者、麻省理工大學(Massachusetts Institute of Technology,MIT)的數學家Dan Raviv說:「現在3D打印技術除了可以應用於工業,普通家庭只需花費不到1000美元也同樣可以享受到該技術。3D打印幾乎能制造出任何東西,而不再局限於紙上。這為我們創造了無數種可能,或許以後人們購買玩具、家電產品和各種工具時,只要在網上下個單,就能在家裡打印出它們。」
 
目前,Raviv和同事們的研究進入了下一階段:開發4D打印技術,該技術能打印出可變形的3D產品。
 
Raviv說:「最激動人心的是這項研究能衍生出許多實際的應用。因而它不只是一個看起來很酷的計劃或是一種有趣的解決方案,而將會切實改變許多人的生活。」
 
2014年12月18日出版在Scientific Reports期刊上的一篇研究中,研究人員解釋了他們如何使用兩種不同性質的材料打印3D結構。一種材料是硬質塑料,能夠保持其硬度;另一種是吸水性材料,浸入水中時其體積會增大一倍。這種吸水材料由3D打印公司Stratasys開發,具體配方仍然保密。
 
研究人員打印出了一個邊長15英寸(38釐米)的正方形網格。當網格浸入水中時,吸水性材料會像關節一樣舒展和折疊,呈現出多種復雜的幾何圖形。舉例來說,研究人員打印出了「MIT」的3D字母,其隨後可以變為類似「SAL」字母的形狀。
 
Raviv說:「我們曾設想過這項技術可以衍生出的各種各樣的應用,包括耐高溫產品、提高功能性及舒適度的產品,或是根據濕度和溫度變化的兒童產品,還有能感知環境的高性能衣服和鞋子。」
 
另外,4D打印產品能推進新型醫學植入發展。Raviv說:「現在,研究人員能夠打印出植入人體體內的生物相容性器官。從而我們制造出的結構可以自行改變形狀和功能,無需外部操作。」
 
醫療領域的重要應用之一為心髒支架,它是置於心髒內部幫助恢復的管狀醫療器械。Raviv說:「我們希望能夠打印出能在體內終身適用的產品。」
 
目前,研究人員試圖改進4D打印產品,擴展其產品體積范圍。Raviv說:「我們現在已經制造出幾釐米大的產品。不過,對於植入體內的產品,我們還希望將其縮小10到100倍,對於家用電器而言,我們還要再將其擴大10倍。」
 
Raviv表示,改善4D打印原料仍需要投入大量研究。例如,研究人員開發的4D打印物體雖然可以經受干濕交替,循環使用數次,但材料在折疊與展開數十次之後,會失去變形的能力。科學家還表示,他們想進一步開發能夠對除水之外的其他因素做出反應的材料,例如熱和光。

兩款虛擬現實頭盔的比較:Samsung Gear VR vs.Oculus Rift DK2

在以往的產品比較中,我們都是把消費產品作比較,盡量幫助顧客做出理智的購買決定……不過這次有點例外,Oculus Rift Development Kit 2 (DK2)不是消費產品。但是把它跟一款消費產品——Samsung Gear VR虛擬現實頭盔作比較,看看它們相似與不同之處,這樣的比較還是有價值的。下文是它們二者功能及規格的比較。
消費產品
我們再強調一下,Oculus Rift DK2不是面向消費者的產品(由於它是面向開發人員的一款產品,所以它不具備一般消費產品的保障,例如:例如不支持無條件退貨。)相比之下,Gear VR則是面向大眾的一款消費產品,三星給它貼上「創新者版本」的品牌標簽,它既面向早期用戶也面向開發人員。
現代虛擬現實技術才剛剛起步,所以我們在這看到的兩款虛擬現實設備都是主要面向開發人員的。由於這項技術可以提供一種身臨其境的虛擬現實體驗,它是我們在這段時間裡體驗過的最激動人心的新技術之一。說句老套話,「百聞不如一試」,大家真的要親身體驗過才知道什麼叫虛擬現實。
軟件

如果三星用戶想要體驗虛擬現實,該向誰求助呢?答案是Oculus VR。Oculus VR是一家新公司(現在隸屬Facebook),它為Gear VR提供軟件,也為Rift development kit提供軟件開發工具包。
主機設備
這兩款頭盔都不是獨立的設備。雖然Gear VR看起來好像是獨立設備,但是實際上它裡面需要一個Galaxy Note 4手機來提供屏幕、處理系統以及……除了鏡頭外的幾乎所有的設備。
相比之下,Oculus Rift DK2(以及即將出爐的消費產品版本)則是跟一台電腦連接,可以獲得更多高級的游戲。
無線
從另一方面看,Gear VR依賴的是一台智能手機,這就讓它有了一個優勢:無線操控。Oculus Rift則是有線的,跟電腦系在一起。
連接
想知道關於兩者連接方式的更多詳細信息嗎?沒問題。Note 4手機通過一個微型USB接口跟Gear VR虛擬現實頭盔連接,Rift則是通過USB和HDMI (或者 DVI-D)連接電纜跟電腦連接。
過熱
容易過熱是Gear VR最大的不足。虛擬現實游戲會讓Note 4手機承受巨大壓力,它很快就發熱——經常20分鐘左右之後就會進入降頻模式(性能降低)。
我們有些小建議來延遲Gear的過熱現象,用戶可以每20分鐘左右就暫停5分鐘,不過這樣一來,在使用這款頭盔時就需要定時中斷。如果想要長時間、不中斷的虛擬現實游戲體驗,就要耐心等待Oculus Rift的消費產品版本。
App資源
它們各自的平台獲取app的途徑跟它們的移動性質vs台式機性質是相呼應的。就像一般的移動設備一樣,Gear VR通過某個應用商店(Oculus Home app商店)獲取app,對比之下,Rift development kit則可以運行任何在用戶電腦安裝的可兼容app。
視野范圍

DK2比Gear VR的視野范圍稍寬。
顯示屏尺寸
兩款頭盔內部的顯示屏對角線長度均為5.7英寸。Gear VR使用的是Galaxy Note手機的屏幕,不過在一定程度上Rift也一樣:它裡面配有一個Galaxy Note 3手機的屏幕。
顯示解析度(分辨率)
因為DK2內置的是Note 3屏幕,它的明顯沒有Gear VR清晰,總體解析度為1080p(或者960 x 1080 分辨率)。如果要賭一把的話,我們一定會下這樣一注:Oculus Rif的第一個消費產品版本裡面會配有一個Quad HD Note 4屏幕。
顯示屏類型
兩者的顯示屏都采用主動有機發光二極體(AMOLED)技術,有深黑色和彩色顯示屏。
定位追蹤
為了避免任何困惑,兩款頭盔都會對用戶的頭部移動做出反應:用戶轉動頭部一圈,可以看到360度周圍環境的所有事物(如果沒有這項功能,就不能體現虛擬現實的效果了,對吧?)。
不過Oculus Rift增加了一個額外維度。它配有一個迷你攝像頭,用戶可以安放在電腦或者監視器附近,用來追蹤用戶前後移動的動作,這樣用戶只要向前探一下身子就可以拉近虛擬環境中的部分畫面。
Gear VR只能追蹤用戶頭部的旋轉移動,不能追蹤身體的傾斜。
反應時間
反應時間是用來描述頭盔對頭部移動的反應時間(比較老的Oculus Rift模型對於快速的頭部移動會反應不靈)。不過兩款設備的反應時間均少於20毫秒。
可調節焦距
兩款頭盔都有內置的旋轉按鈕可以調節焦距,讓用戶可以盡量清晰地看到虛擬世界的環境。Rift有兩組不同的鏡片,一組給視力正常或者輕度近視的用戶使用,另外一組給深度近視的用戶使用。
可否戴眼鏡
大多數用戶在Oculus Rift DK2頭盔裡面戴眼鏡也不會影響體驗效果。但是用戶在使用Gear VR時不可以戴眼鏡,不過它的可調焦距范圍足夠寬,大部分人不需要借助任何有度數的鏡片就可以看清楚。
內置控制
Gear VR有一個觸控板、後退按鈕以及右邊有音量調節按鈕。Oculus development kit則需要通過電腦或者一個配件進行控制。
想要更好的游戲體驗,兩款設備均需要一個控制器。任何跟用戶電腦兼容的控制器都可以兼容Rift,大多數兼容安卓系統的藍牙控制器可以兼容Gear。
揚聲器
Gear VR頭盔本身沒有揚聲器,不過如果用戶沒有戴耳機,就可以聽到Note 4手機播放的音頻。但是想要最好的體驗,需要戴上頭戴式耳機或者耳內式耳機。
發布日期
Rift的顯示解析度比不上Gear最主要的原因是Rift是一款更老的產品。Oculus目前還沒有公布Oculus Rift消費產品版本的發布日期,不過很多人相信將會是今年的某個時間。
價格

科學家造出人類原始生殖細胞 不孕不育者新希望


外媒稱,因不孕不育而煩惱的全世界幾千萬男女迎來新的希望。英國劍橋大學和以色列魏茨曼科學研究所組成的共同研究組當地時間24日在國際學術雜志《細胞(Cell) 》網絡版宣布:「首次成功利用人類皮膚細胞制造出干細胞,這種干細胞可分化發育成精子和卵子。」據韓國《朝鮮日報》網站12月26日報道,據科學界期待這項研究取得成果後,即使因接受癌症治療、絕經等原因無法生成精子和卵子,也可利用自身皮膚細胞隨時擁有孩子。



但是,如果利用同一個人的細胞同時獲得精子和卵子,可能會有人試圖制造法律上禁止的克隆人。

研究組在人類皮膚細胞中注入可讓細胞分階段發育的基因。這樣就使皮膚細胞變成可以發育成人體所有細胞的誘導多能干細胞(iPS細胞)。可以說皮膚細胞實現了返老還童。研究組成功在細胞中注入可以誘導其分化為生殖細胞的蛋白質等物質,使其可以分化發育為精子和卵子。

日本科學家2012年曾利用相同方法從老鼠皮膚細胞中獲得精子和卵子,並成功培育出健康幼崽。和當時相比,此次只能算是成功了一半。當時研究組將可以發育為精子和卵子的細胞植入生殖器官——雌鼠卵巢和雄鼠精巢中,使其分別發育為卵子和精子。此後也有很多科學家對人體細胞進行了相同試驗,但均以失敗告終。

魏茨曼科學研究所博士雅各布·漢娜表示:「人類的誘導多能干細胞很容易發育成其他細胞,研究工作十分困難。和過去進行的老鼠試驗一樣,我們利用各種信號物質和誘導發育蛋白質使細胞保持穩定狀態,分化成功率達到40%以上。」

研究組期待利用皮膚細胞培育出精子和卵子後,給不孕不育研究領域提供巨大幫助。但對於利用這種精子和卵子做試管嬰兒,研究組持慎重態度。

漢娜當天接受國際學術雜志《自然》采訪時表示:「我們計劃在論文出版後觀望社會對我們這項研究的看法。

電池技術突破!手機續航翻倍不是夢

電池技術可說是手機業界面臨最大的難題之一,畢竟化學技術很難像半導體技術一樣符合摩爾定律,不過這個問題在今年下半年很可能得到較大的突破。MIT初創公司SolidEnergy研發出了一種特殊的鋰離子電池,這種電池能夠將能量密度提升到現市面上所使用電池能量密度的兩倍,目前已有多家手機廠商表示出濃厚的興趣,其中也包括為Apple Watch電池頭疼的蘋果公司。



最左邊為SolidEnergy研發的電池

目前,手機電池的能量密度大約在560-580 Wh/L左右,即便是去年號稱現階段電池能量密度最高的小米手機4所用的電池,其能量密度也只不過達到了620-630 Mh/L。而SolidEnergy研發的這種電池,能夠將電池密度提升至1337 Wh/L,整整是現階段量產電池的兩倍。


該種電池采用了一種固態離子聚合物電解液

據SolidEnergy官網上的信息透露,這種電池采用了一種特殊的固態離子聚合物電解液,這使得其可以采用超薄的金屬陽極設計,大大提升了能量密度。而最重要的是,這種電池能夠利用現有的鋰電池工廠進行生產。

到目前為止,該公司透露已有多家智能手機廠商對此表達了興趣,其中也包括蘋果公司。只不過率先應用到這種技術的,是谷歌的Project Ara模塊化智能手機項目。但是在今年下半年,多家手機廠商都會對該技術展開測試。不出意外的話,今年年底或明年初,我們就能夠看到成批搭載此種電池的手機現身了。

超級鋰電池誕生,長久續航指日可待?


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對手機、智能硬件來說,電池是一個繞不開的尷尬問題。日益進步的硬件配置和落後的電池支持已經成為基本矛盾。尤其在可穿戴設備的時代,一天一充的續航能力成為用戶猶豫的一大理由。
無數人在討論電池的問題,一般來說,人們期待的新一代電池技術包含以下的要素:容量提升、體積變小、充電效率更高、充電方式更方便、節能環保。而現如今被廣泛使用的鋰電池,若想要提升容量,只能依靠增加體積,這又與智能設備「越來越小」的趨勢形成對立。
當然,理想的電池技術還沒有誕生,不過已經有人在這個方向上進步了。據 Forbes 報道,隸屬於 MIT 的一個初創公司 SolidEnergy 目前有了個方案,可以讓電池的續航能力顯著提高。
SolidEnergy 研發了一種特殊的鋰電池,它將能量密度提升到現有技術的兩倍,也就是說,同等體積的電池,SolidEnergy 的電池有更多的電量。據悉,一般手機的能量密度在 560-580 Wh/L 左右,而 SolidEnergy 達到了 1337 Wh/L。
SolidEnergy 電池采用了超薄金屬陽極,它的尺寸是現在常規電池石墨陽極的五分之一以下。此外,該公司還研發出一種可以讓電荷在室溫下即可運行的電解液。相比較而言,現有的鋰電池使用金屬陽極,需要更高的運行溫度。
超級電池必然會受到硬件廠商的青睞,事實上,包括蘋果在內的多家廠商都對 SolidEnergy 感興趣,這項電池技術也將率先在 Project Ara 上運用。到今年下半年,會有多家手機廠商對該技術開展測試。
SolidEnergy 的技術並不意在顛覆,在我們對電池的期待中,它也只完成了「增加電池容量」這一點,至於充電效率、環保等問題,還有待更先進的技術來實現。

5.7寸「陽光屏」3D玻璃機身 小米Note評測


就新產品推出速度而言,小米一直堅持著一年一部旗艦,而且以往都是8、9月份,今年則來的出奇的早,1月15日,小米發布了新旗艦——小米Note。除了發布會時間不像小米風格,其命名也著實讓人大感意外,竟不是傳說中的小米5,難道小米也要走雙旗艦路線?
拋卻諸多疑問再來看這款產品:驍龍801、5.7寸屏幕、3GB內存、1300萬OIS光學防抖鏡頭、Hi-Fi音效……毫無疑問這是一款旗艦機型;而其頂配版搭配驍龍810、2K屏幕、4GB內存、64GB機身存儲,是為發燒友專門推出的,簡直不能再發燒。
現在我們拿到了一款標配版的小米Note,除了主流旗艦配置,它還采用2.5D+3D雙曲面玻璃,並在6.95mm超薄機身中嵌入了不凸出的攝像頭,在用料、設計上相比小米4又有了突破,下面一起來看一下。
5.7寸“阳光屏”3D玻璃机身 小米Note评测
小米Note發布會產品全家福:小米小盒子、小米Note、小米Hi-Fi耳機。
5.7寸“阳光屏”3D玻璃机身 小米Note评测
就在半年前,小米4在同一個地方發布,從那時起,小米開始了「一塊鋼板的藝術之旅」,開始講求設計。這次發布會上,小米Note依然強調外觀工藝,並稱在工藝上又有了很大突破。
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上手的第一感覺,就是輕薄,並沒有一般5.7寸手機那種厚實感。與iPhone 6 Plus對比的話,小米Note雖然屏幕更大,機身三圍卻小了一圈,具體就是短了3mm、窄了0.2mm,薄了0.15mm。加上兩面玻璃都是弧形的,握在手中比較舒適。
當然畢竟屏幕遠遠超過5寸屏,單手操作起來還是有些吃力,這也是大屏手機的「通病」。可喜的是,小米Note搭載的MIUI 6針對大屏做了多項優化,比如大字體、單手操作等等,我們後面再詳細介紹。
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左側iPhone 6,右側小米Note
對比iPhone 6可以看出,小米Note屏佔比優勢明顯,左右邊框更窄,上下邊框也完虐前者(貌似蘋果從未重視過屏佔比)。
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邊框對比
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小米Note厚度只有6.95mm,而且後殼不是中間厚兩邊薄的大圓弧拱背造型,而是平坦的後背在兩邊做了彎曲,側面看,線條非常干練。
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無論從哪個角度看,6.95mm的厚度在5.7寸屏幕面前都顯得極其纖薄。
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將手機做薄並不是將元器件做的更小、排列更緊密那麼簡單,經常會涉及到元器件間的排列和布局,目前世界上最薄的vivo X5Max就采用了「單面臨界布板」的設計,將主板上絕大部分元器件集中在主板的一側,從而造就了4.75mm的記錄。
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小米Note沒有如此「喪心病狂」,卻也為此傷了不少腦筋,為了把手機做薄,小米Note主要遇到了兩大挑戰:
一是如何防止攝像頭凸出。雖然目前手機的相機模組已經足夠小,但如果加上OIS光學防抖,體積就會增加,所以無論是5.5寸的iPhone 6 Plus、還是5.7寸的Galaxy Note 4,攝像頭都有凸出,即影響了觀感也使得鏡頭的磨花幾率上升。
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小米Note的攝像頭則完全與後殼齊平,按小米的說法,他們和相機廠商一起重構整個相機模組才實現的,小米還為這個相機結構申請了發明專利。
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另一個挑戰就是電池容量。如今看來,對於一部5.5寸以上的手機,如果電池容量到不了3000mAh,出門都不太有安全感。
我們知道,電池的容量和體積成正比,這也就意味著把機身做薄必然有電池容量的妥協,小米Note原本只能安放2800mAh的電池,不過官方通過提升電池電壓的方式提升了電池能量密度,最終得到了一塊3000mAh電池。
除了超薄、鏡頭不突出這兩大特色外,小米Note在用料上也更加講究,不但保留了金屬邊框,還采用前後雙曲面玻璃設計:具體就是前面2.5D+後面3D玻璃。
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其實2.5D玻璃很早就出現在手機上了,但隨著iPhone 6的推出才廣為人知,這種玻璃在邊緣有著明顯的弧度,手指劃到此處時自然過渡、沒有割裂感。
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刨除2.5D玻璃的干擾,小米Note正面依然有著很強的小米手機風格。
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按官方說法,小米Note在背面采用的是一種「3D玻璃」,其實就是在原本平整玻璃的邊緣進行了彎曲。從上圖的迎光來看,彎曲效果是非常明顯的,甚至有一點Galaxy Note Edge的味道,當然那個是為了顯示內容,而這個是為了手感。
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既然前後是玻璃,所以小米Note的耐摔性很讓人關注,從發布會上演示的視頻來看,小米Note正面扣在大理石地板上完好無損,也能承受鋼球的正面沖擊。
盡管如此,大家沒事還是別拿去摔著玩了,因為目前的手機屏幕均采用了全貼合技術,也就是保護玻璃、顯示面板、觸控面板都貼合在一起,玻璃碎掉也就意味著整個屏幕都要更換,雷軍稱小米Note的換屏的成本佔到了手機成本的一半。為此,小米也針對小米Note推出了199元的碎屏+進水險,一年內免費保修,個人覺得還是有必要買一份的。
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官方還為小米Note提供了一款皮質保護套,支持翻蓋亮屏和合起熄屏效果,目前還未在官方商城上架。