額外維度和平行宇宙的理論十分誘人，但驗證起來卻非常困難。日前一個理論物理學家團隊提出，可借助大型強子對撞機（LHC）制造迷你黑洞來實現這一想法，揭開平行宇宙的秘密。相關論文發表在《物理快報B》上。這篇論文的作者是來自美國佛羅裡達大學的艾哈邁德·法拉格·阿裡、加拿大滑鐵盧大學的米爾·費查和埃及亞歷山大大學穆罕默德·M。研究人員稱，證明平行宇宙存在的關鍵是在一定的能量水平下檢測到迷你黑洞。
2015年3月30日 星期一
2015年3月29日 星期日
如何迅速進入深睡眠
在翻一本冒版的外國翻譯書籍， 書名叫《自控術-如何管住自己的生活心理學》，作者是菲尼克，但沒有在網上找到任何信息，書中的內容連抄再編，但有些內容有些價值，比如說睡眠的這部分，利用儀式來進入深睡眠
正文
「沖澡＋睡衣＋時間＋臥具＋曲子」形成了一個牢不可破的儀式，能夠傳達給潛意識：「准備好啊，我在等你來！」
失眠：潛意識拒絕上崗
睡覺的時候，大腦並沒有停止工作。醒著的時候，潛意識在休息，意識在勤奮工作；睡著的時候，意識在休息，潛意識在勤奮工作。所以，意識和潛意識只是在不同的時間替我們值班。它們輪流站崗放哨，在特定的時間實現交接。二者交接的時候，會有一小段時間都在崗位上，這就是睡意蒙矓、做白日夢、頭腦不清楚的時候。但是二者不能總是同時在崗，否則，交接就成了大問題。
有人失眠，就有人有嗜睡症。他們睡多久都睡不醒，每天無精打采，提不起精神。所以失眠和嗜睡，其實是同一個原因，那就是它們二者工作交接不順利、不太合拍，而潛意識是個忠厚老實、盡忠職守的角色，能逼得它不好好交接的，一定是非常嚴重的事情。這就像兩個人在玩蹺蹺板，不能順利玩起來，肯定是淘氣的那個人做了什麼錯事，把節奏、節拍給搞亂了。或者，二者交替值班，還像是蕩秋千，如果秋千蕩不起來，只能是節拍、節奏不對。只要節奏對了，兩人合拍，就能順利交接。
每個人都有自然睡眠、自然醒來的模式，是每個人都有的能力，因為潛意識和意識這兩位都是祖先傳下來的優勢基因，那些總是因為莫名原因不合、不肯順利交接的基因，都被大自然淘汰掉了。
所以，探尋失眠，不能向意識問：「你為什麼不肯離崗？」而是應該問潛意識：「你為什麼不肯出勤？」或者，如果我們想讓它們現在就交接，就得讓它倆都在場，才能促成它們交接。
睡眠質量和入睡同樣重要。睡眠質量與潛意識是否勤奮工作有關。
一晚上的睡眠不是一個穩定的過程，而是由一個又一個波組成的，包括：入睡（又叫輕度睡眠，潛意識接班、意識離崗的階段，此時還能和外界交流，持續約二十分鐘）—慢波睡眠（身體能量開始補充，身體開始修復，排毒啟動，持續兩小時左右）—REM眼球快速活動階段（眼球快速移動表示人在做夢，持續時間很短，此時大腦活動旺盛，最容易醒來，該過程對新知識及新信息進行篩選、過濾，把重要的信息沉淀下來，壓縮打包、編碼、入庫儲存）。一晚上大概可以循環三至四波。
那潛意識在值班的時候，都負責些什麼呢？它負責把一天的零散信息進行整理、過濾、編碼、貯存，並努力修復身體的細胞，讓肌肉恢復體力；努力地生產能量，給心智能量充電；還要去照顧內髒、血液、免疫系統；還要勤奮地排出體內毒素。比如晚上九點到晚上十一點是免疫系統排毒時間，十一點到凌晨一點的子時，它會督促肝去排毒，凌晨一點至三點就讓膽去排毒，三點至五點讓肺去排毒，所以這些時間，必須是睡著的，或者至少不要讓意識太旺盛，否則潛意識就會覺得自己「不在其位，不謀其政」。只要讓它上崗，它就會拼命干的。早上五點至七點，潛意識已經把所有的毒素都運到了大腸和膀胱，這就是大腸排毒的時間了，這得上廁所，它就無能為力了，但是看到自己一整夜的工作干得如此出色，它很欣慰，這時候很願意交接工作，畢竟干了一晚上也已經很累了。所以，在睡覺的時候，一定要留夠了充足的氧氣啊，否則潛意識干起活兒來就會覺得呼吸困難。
人有三分之一的時間是由潛意識值班的，另外三分之二的時間取決於潛意識是否好好工作，它做好了工作，一整天你都會感覺良好。有些人睡六個小時就夠了，有些人則需要九個多小時，這都沒關系，因為可能有些人的潛意識比較能干，花很少的時間就干完了活兒，使得肌肉的能量重新充沛起來，心智能量充完電了，於是完成了工作，潛意識就可以早點兒下班了。動物的睡眠時間普遍比人少，因為動物沒有前額皮層，也沒有反意志力，其交往也不像人似的這麼廣泛，所以，不用為其心智能量充電太多。嬰兒和兒童就需要睡得更多，因為他們每天都在動用前額皮層、鏡像自我來學習，並把新學到的東西儲存在神經鏈裡，這都需要心智能量；同時，他們的肌肉也在生長，這需要大量身體能量的補充。
明天起不來怎麼辦？恐懼是有能量的，本來應該是身體能量和大腦活動降低的時候，卻來了更費能量的活兒。
引誘潛意識上崗
關於生物鐘由哪部分大腦組織控制，現在還沒有定論，不管是松果體還是視交叉上核（都位於眉心後，是下丘腦的一部分）控制，它們都是通過識別光線和溫度來進行周期性發放時間信號的。
我們的優勢基因祖先就是這麼生活的。他日出而作、日落而息，隨著光線的強弱變化和溫度的變化，知道自己是該讓潛意識還是意識來值班。
但是，便利的現代生活，晚上也是燈火通明，室內溫度晝夜恆溫，這就讓松果體和視交叉上核無所適從了。如果燈光不能避免的話，那就把窗戶打開吧，溫度降低，生物鐘也知道自己該休息了。
看來最靠譜兒的，就是讓神經鏈幫忙了，讓潛意識的活動與時間建立聯系。
上床和時間最能形成穩定的神經鏈接，如果連續三至四天都在同一時間上床，那這個鏈接就會形成，我們會在第四天的同一時間裡犯困。所以，最好不要在周末睡懶覺，好不容易建立起來的神經鏈，會被這兩天一下子打散了。
如果時間的生物鐘已經紊亂了，那怎麼辦？這就像一個秋千的節奏已經錯了，該怎麼讓秋千重新恢復節奏呢？我說，第一步應當是抓住秋千，讓它停下來，到了它該蕩回去的時候再松手，這樣就可以重新恢復節奏了。什麼時候抓住合適呢？得抓住醒來的時間點。如果要重新建立新的時間生物鐘，就連續三天在同一個時間起床，如此，三天即可形成一個新的時間生物鐘；什麼時候趕走潛意識，可以決定讓它什麼時候來上班。
還記得潛意識上崗是干什麼的吧？是努力補充身體能量和心智能量的。好吧，如果白天的身體能量和心智能量並沒有消耗多少，它就會拒絕上崗。
白天的運動，主要是站立的時間，可以累積受損的細胞，大腦的邏輯思維勞動、記憶勞動以及經歷的各種信息，也都需要潛意識來整理、過濾、加工、儲存。
所以，經常活動，或者常常運動的人，會比不運動的人更需要潛意識的幫助。為什麼走路這麼重要呢？我們知道，人的渾身上下都是穴位，腳部、頭部、手上的穴位最多。站著的時候，接觸地面的腳跟、五個腳趾與地面的接觸點，是六個最有效的催眠穴位，以大腳趾上三分之一中心為最佳的按摩穴位點，走路就相當於引誘潛意識來工作了。當然，泡泡腳也行。
看看我們的優勢祖先都在什麼時間運動和動腦呢？他天剛亮就會出去找食物，快到晚上的時候才會回家，所以，天沒亮的時候，不適合運動和動腦；天黑了也不要劇烈運動和劇烈運動大腦了，否則潛意識就會不知所措，到了該執勤的時候，就不肯露面了。這還可以從另外一個角度來解釋：劇烈的腦力勞動和體力運動時，大腦的溫度和體溫會上升，至少需要三個小時才能慢慢降低。如果晚上七點以後還在運動，或者劇烈用腦，那到十點鐘的時候，潛意識會覺得自己現在上崗很不合時宜。
另外，我們還可以向兒童學習睡眠的訣竅，他們的心智每天都在成長，需要更多的時間來修復心智能量，所以會睡得很多。那麼，如果我們能抽出點兒時間來學一些新的東西，比如學學英語、開車，或者學學拉丁舞、健身操等，便都有很多新學的知識需要儲存在大腦裡了，潛意識就會意識到自己任務繁重，必須按時上崗執勤了。
我們還可以通過氣味和聲音來引導潛意識上崗。想想我們的優勢基因祖先的生活環境吧，他到底是如何睡覺的呢？他住在山洞裡，周圍都是野草和花香的氣味伴著他入睡，還有晚上叫個不停的小蟲子，單調而乏味地重復著同一首歌……蘋果和橘子都有濃郁的芳香氣味，切一塊或剝開之後，那氣味會對人的神經有很強的鎮靜作用，所以能誘導潛意識快些上崗。單調而重復的聲音，也能引誘潛意識前來。不過，這裡說的單調而重復的聲音和噪音不同。我們知道，雖然適應了一種噪聲後，我們就很容易在這種噪音中入睡，但是噪音太大，會影響深度睡眠的時間，所以還是應該盡量避免噪音，而只聽舒緩的音樂。
而當我們准備上床時，上床之前要注意：床、被子、枕頭是干什麼用的？當然是用來睡覺的了。那好，我們要一直來用它們睡覺，最好不要做別的事情。我們知道，幾個事物同時出現多次，就會形成一條中性神經鏈，如果床、被子、枕頭只和睡眠同時出現，那這三樣東西就會和睡眠等同起來。因此，我建議，不要坐在床上看書，也不要靠在床上看電視，更不要蓋著被子、倚在枕頭上吃東西，這樣做會破壞「臥具＋睡眠」的神經鏈。
而且，我們還可以建立這樣的一整套儀式，每天沖完澡、換上睡衣，在固定的時間、在同一張床上、聽著同一首曲子入睡，這樣，「沖澡＋睡衣＋時間＋臥具＋曲子」便形成了一個牢不可破的儀式，能夠傳達給潛意識：「准備好啊，我在等你來！」
良好的睡眠者往往是「頭一挨枕頭就睡著的人」，這是因為他長期以來只讓床發揮單一睡眠的功能，形成的神經鏈牢不可破。
酒精確實有麻痺意識的作用，可以逼迫潛意識上崗，但是，酒精會導致脫水：一邊口渴，一邊尿意十足，所以，通過酒精入睡，會導致下半夜渴醒或憋醒，而且一旦醒來，就很難再入睡了，因為當初意識就不是自願交接的。
睡前三四個小時就不要吃東西了，因為消化食物是直立時的工作，潛意識不負責該部分，所以如果睡前還吃東西，潛意識就會認為，自己還不該上崗呢。
咖啡因（存在於咖啡、茶、可樂及其他碳水化合飲料中），需要六至八個小時才能排出，排完了才會犯困，所以下午兩點以後最好就不要再喝咖啡、茶、可樂和碳酸飲料了。
最後要注意的是，不要在床上思考問題，不要把情緒帶上床。情緒和思考是意識的工作，如果在床上思考問題，或者有各種情緒，那潛意識肯定不會來上班。
動用恐嚇（明天還有重要會議要開）、意志力（必須睡）的方式，都會讓意識更加勤勞地工作，讓潛意識不來上班。
導入睡眠
睡前工作做好了，那人就不太容易失眠了，潛意識和意識之間的交接就會很順暢，清醒和睡眠的秋千就會蕩得很有節奏。但是，有時候這不是人們想要的，人們想要的不是三天以上才能形成的東西，他們想要解決的是今天晚上我睡不著，怎麼辦？這可是個很有挑戰性的工作，而我又不願意建議你去服用安眠藥。所以，來看看催眠師到底在做什麼吧。
催眠師要做的第一步，是把受術者的潛意識召喚出來，而不是把他的意識壓下去。
自我催眠的最大劣勢，就是你必須用自己的意識去召喚潛意識現身，而這二者是不能同時在崗的。意識活動劇烈，它自己就會非常清醒，就更招不來潛意識了；意識活動不劇烈，就沒有足夠的力量召喚潛意識。這可如何是好？
所以，首先，你可以先把注意力（意識）集中在「潛意識」這個詞語上，而不是「意識」這個詞語上；然後做冥想放松練習，這時候最不容易放松的就是眼睛及眼睛周圍的肌肉，多放松它幾次；再次，想象一個場景，在那個場景下，你很困，大家也都很困。比如守歲的時候，大家一般一起熬夜，但一個個最後都困得要死。
1．回憶那個環境，回憶那時候的人們，還有你自己；
2．那個情境，你知道，也感受到了。你無精打采的，腦子不轉了，身體很疲倦，你看看你的身體狀態，彎腰坐著，仿佛都累得直不起腰了。但是最重要的是，你又得撐著；
3．周圍的人也都和你一樣，他們一臉木訥，神情呆滯，嘴邊流著哈喇子，仿佛坐著就睡著了一樣。
4．這時，忽然有個人打了一個哈欠，周圍的人也在陸續打哈欠，好吧，你困得不行了，你也打了一個哈欠。
5．你的眼皮很沉，根本睜不開了，你努力地想睜開它，但是它又無力地合上了。
6．終於，大家一起睡了。
好吧，如果按如此步驟順利進行的話，那麼，自我催眠最起碼能進入朦朧狀態——像白日夢和太累了時腦子發暈的狀態。這是睡眠波的入睡階段，達到這一階段即可。
你看到自己想象的片段，它們來來去去，飄忽不定，你不斷地走神，畫面一個接一個地不斷湧現，又飛快跑開，像飄飛的雪花，一片片地不知所蹤。那麼，你就任這些片段飄飛吧，它們一個個地自動出現了，又飄走了，這是關鍵。
如果這些片段瞬間消失，馬上換成另一個片段，可以肯定的是，你已經步入入睡階段了。這是注意力分散的標志，而注意力分散就是潛意識已經被召喚出來的標志。
如果這些片段不消失，或持續時間較長，那就說明你的意識太清醒，就要動用內在聲音繼續召喚潛意識。
我們都知道自己會有一種內在聲音（inner voice）吧？這個內在聲音是什麼呢？是內心獨白，由斷斷續續的片段組成，它介於意識和潛意識之間。比如我們有時候會不小心嘟囔出來的話，就是在我們頭腦模糊、潛意識和顯意識交融的時候不小心說出來的，它還像我們在做夢的時候說的那些支離破碎的夢囈。
這個內在聲音的特點是什麼？1．語氣單調，就像母親哄孩子睡覺時候的感覺，「睡吧，寶寶，睡覺了，寶寶」，節奏舒緩、單調、枯燥、重復；2．只有破碎的片段，不超過三個字，也不表達什麼具體的意思；3．語意模糊。
把你看到的片段，用單調的、懶洋洋的、不超過三個字的內在聲音說出你看到了什麼，它就會消失了。
如此，潛意識被召喚出來，你已經進入朦朧狀態了。接下來的睡眠，就是自然而然的事情了。
其中一定要注意一點：眼睛和眼部肌肉一定要放松，眼球不要轉動。
引力透鏡，將超新星一分為四！
一顆恆星爆炸，卻在哈勃望遠鏡裡留下了4個超新星影像。這不是魔法，而是引力透鏡創造的幻像。圖片來源：NASA/ESA
利用美國航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）的哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope），天文學家第一次拍到了一顆正在爆炸的遙遠恆星的4個不同的影像。這4個影像排布成一個十字架的形狀，這是因為爆炸恆星發出的光被前景星系團中一個星系的強大引力掰彎了。報道這一發現的論文發表在3月6日出版的《自然》雜志特刊上，以慶祝愛因斯坦的廣義相對論提出整整100年。
天文學家原本是在觀測距離我們超過50億光年的一個大質量橢圓星系，以及它所在的星系團MACS J1149+2223，結果他們卻看到了這樣一個奇特而又罕見的場景。這個星系以及星系團巨大的質量，將來自它們背後遙遠得多的一顆超新星發出的光掰彎了，使這顆超新星產生了4個分離的影像。由於這種引力透鏡效應，這些光被放大並被扭曲，結果便在這個橢圓星系周圍產生了這樣4個影像，構成了所謂的「愛因斯坦十字」（Einstein cross）。
盡管天文學家已經發現了幾十個星系和類星體的多重影像，但在此之前，他們還從未看到過一顆超新星的多重影像。
「當我看到這個星系周邊的4個超新星影像時，我真的大吃了一驚——這完完全全是個意外驚喜。」這篇論文的領銜作者、美國加利福尼亞大學伯克利分校的帕特裡克·凱利（Patrick Kelly）如是說道。他是「空間棱鏡放大巡天」（GLASS）合作項目的成員，正是在檢索GLASS團隊數據時發現了這顆超新星。目前，研究團隊正在合作分析這顆超新星的多重影像，那顆恆星爆炸發出的光花了90多億年才傳到了我們這裡。
「這顆超新星看上去要比原本的亮度超出大約20倍。」論文合作者、丹麥暗宇宙學中心的延斯·約爾特（Jens Hjorth）解釋說，「這是兩個引力透鏡重疊之後的綜合效果。這個大型星系團將這顆超新星的光聚焦到至少3條不同的路徑上，然後這些光路中的一條又恰好與星系團中的一個橢圓星系精確對齊，產生了第二重引力透鏡效應。」與這個橢圓星系相隨的暗物質彎曲了光線，並將它重新聚焦成另外4條光路，這才形成了研究團隊觀測到的罕見的愛因斯坦十字。
恆星爆炸發出的光在途中被星系團的引力扭曲聚焦成3條光路，其中一條又恰好從一個橢圓星系中穿過，才形成了哈勃望遠鏡觀測到的愛因斯坦十字。點擊查看動圖。圖片來源：ESA
這項獨一無二的觀測，將幫助天文學家進一步修正他們對於透鏡星系及星系團中暗物質總量和分布的估計。宇宙中的暗物質要比可見物質更多，但暗物質極其難以捉摸，只有它們施加於可見宇宙的引力效應透露出了它們的蹤跡，因此星系或者星系團的引力透鏡效應為其中包含多少暗物質提供了重大線索。
隨著爆炸漸漸平息，這4個超新星影像也會逐漸暗淡直到消失不見。在此之後，天文學家將擁有千載難逢的良機，等著看這場爆炸再重放一遍。這顆超新星的多個影像並不是同時抵達地球的，對於每個影像來說，光所經歷的路徑都是不同的。每條路徑又會沿途經過不同的物質，既有暗物質，也有可見物質。這些都會導致光路彎曲，因此每條路徑光線抵達我們的時間都會有所不同。利用這個星系團中暗物質總量及其分布的模型，天文學家能夠預言下一個影像會在什麼時候出現，再利用他們觀測到的時間延遲來更准確地修正物質模型。
「哈勃望遠鏡拍攝到的4個超新星影像是在幾天或者幾周的時間內陸續出現的，我們在它們出現之後才發現了它們。」美國約翰斯·霍普金斯大學的史蒂夫·羅德尼（Steve Rodney）解釋說，「不過，我們認為，這顆超新星的一個影像或許早在大約20年前，就曾在這個星系團的某個位置出現過，並且更讓我們興奮的是，未來1－5年之內預計還會有一個影像再次出現——我們希望到時候能夠當場抓住它。」
這顆超新星現在被暱稱為雷夫斯達爾（Refsdal），以紀念已故的挪威天文學家舒爾·雷夫斯達爾（Sjur Refsdal）。他在1946年最早提出，利用超新星被引力透鏡放大的時間延遲影像來研究宇宙的膨脹。「從那時起，天文學家就一直在尋找這樣一顆超新星，」GLASS項目首席科學家、美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的托馬索·特雷烏（Tommaso Treu）說，「現在，漫長的等待終於結束了！」
2015年3月26日 星期四
霍金最新報告：黑洞根本不存在 只有灰洞
英國著名科學家斯蒂芬·霍金教授再次以其與黑洞有關的理論震驚物理學界。他在日前發表的一篇論文中承認，黑洞其實是不存在的，不過「灰洞」的確存在。
英國著名科學家史蒂芬·霍金教授再次以其與黑洞有關的理論震驚物理學界。他在日前發表的一篇論文中承認，黑洞其實是不存在的，不過「灰洞」的確存在。
科技訊據外國媒體報導，在這篇名為《黑洞的資訊保存與氣象預報》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的論文中，霍金指出，由於找不到黑洞的邊界，因此黑洞是不存在的。黑洞的邊界又稱「視界」。經典黑洞理論認為，黑洞外的物質和輻射可以透過視界進入黑洞內部，而黑洞內的任何物質和輻射均不能穿出視界。
霍金的最新「灰洞」理論認為，物質和能量在被黑洞困住一段時間以後，又會被重新釋放到宇宙中。他在論文中承認，自己最初有關視界的認識是有缺陷的，光線其實是可以穿越視界的。當光線逃離黑洞核心時，它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣，慢慢地透過向外輻射而收縮。
「經典黑洞理論認為，任何物質和輻射都不能逃離黑洞，而量子力學理論表明，能量和資訊是可以從黑洞中逃離出來的。」霍金同時指出，對於這種逃離過程的解釋需要一個能夠將重力和其他基本力成功融合的理論。在過去近一百年間，物理學界沒有人曾試圖解釋這一過程。
對於霍金的「灰洞」理論，一些科學家表示認可，但也有人持懷疑態度。美國卡夫立理論物理研究所的理論物理學家約瑟夫·波爾欽斯基(Joseph Polchinski)指出，根據愛因斯坦的重力理論，黑洞的邊界是存在的，只是它與宇宙其他部分的區別並不明顯。
其實，早在2004年霍金就曾做出過類似表示。當年7月21日，霍金在「第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會」上指出，黑洞並非如他和其他大多數物理學家以前認為的那樣，對其周遭的一切「完全吞噬」，事實上被吸入黑洞深處的物質的某些資訊可能會在某個時候釋放出來。
1976年，霍金稱自己透過計算得出結論，黑洞在形成過程中其質量減少的同時，還不斷在以能量的形式向外界發出輻射。這就是著名的「霍金輻射」理論。但是，該理論提到的黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何資訊，一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後，其中的所有資訊就都隨之消失了。這便是所謂的「黑洞悖論」。
這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。因為現代量子物理學認定這種物質資訊是永遠不會完全消失的。30多年來，霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點。霍金曾表示，黑洞中量子運動是一種特殊情況，由於黑洞中的引力非常強烈，量子力學在此時已經不再適用了。但是霍金的這種說法並沒有讓科學界眾多持懷疑態度學者信服。
現在看來，霍金終於給了這個當年自相矛盾的觀點一個更具有說服力的答案。霍金稱，黑洞從來都不會完全關閉自身，它們在一段漫長的時間裡逐步向外界輻射出越來越多的熱量，隨後黑洞將最終開放自己並釋放出其中包含的物質資訊。
探測迷你黑洞或可證明平行宇宙的存在
額外維度和平行宇宙的理論十分誘人，但驗證起來卻非常困難。日前一個理論物理學家團隊提出，可借助大型強子對撞機（LHC）制造迷你黑洞來實現這一想法，揭開平行宇宙的秘密。相關論文發表在《物理快報B》上。這篇論文的作者是來自美國佛羅裡達大學的艾哈邁德·法拉格·阿裡、加拿大滑鐵盧大學的米爾·費查和埃及亞歷山大大學穆罕默德·M。研究人員稱，證明平行宇宙存在的關鍵是在一定的能量水平下檢測到迷你黑洞。
量子光學：當引力遇見量子
由於分屬的時空量級相差得太大，量子物理和引力物理一直保持獨立。第一個觀察到的量子現象就和電磁場輻射有關，這不是巧合。那麼，我們能按圖索驥找到引力和量子之間的關聯麼？
由於分屬的時空量級相差得太大，量子物理和引力物理一直保持獨立。如今，研究或許指出了它們之間的一些聯系。
阿爾伯特愛因斯坦的廣義相對論是一種經典描述。用量子力學來描述引力，不僅是出於研究經典系統和量子系統之間耦合的需要，也是因為人們就是想得出一個關於我們周遭物理世界的完整描述。
《物理光子學》期刊中，Wen-Te Liao和 Sven Ahrens向我們解釋了量子物理和引力物理間的一絲聯系[1]。他們提出了在超輻射（superradiance）中由於量子光學效應，引力場改變了電磁輻射的世界線（world line）*。
*譯者注：世界線是物體在四維空間中的運動軌跡。
超輻射是量子相干受激態的的原子團，或原子核團的協同的自發輻射。當原子核團吸收了一個X光脈沖的光子，且光子的能量等於原子核兩個能級之間的能量差，那麼形成了受激態。稍後，這個原子核團會發射一個光子，它一般來說會向著剛才射入的方向傳播。從吸收到發射有一段時間，這段時間比一般單個原子或原子核的受激態待壽命（lifetime）要短。這些是超輻射的特征[2, 3] 。當這團粒子吸收了光子，它儲存了入射電磁場模式的波陣面相位信息。此時受激態就成了量子相干的疊加態。這些疊加態中每一個都是一個原子/原子核在受激態，其余在基態。通過發射，光子回到了原來的模式。用經典物理來做個類比，相位陣天線可以選擇發射模式，而這裡的單個光子也一樣。這些輻射之間相干相長，就有了方向性，發射的幾率也提高了，即更快的重發射（reemission）。
這實際上就是類似Scully等人報告[4]的單光子的相關實驗。入射的X光脈沖是可預測的（Heralded）。例如，可以用同步加速器光源射頻驅動的微波光子，通過探測光子計算發射時間。
可以對比這兩種情況：（1）x光射線的光子只是從光源到探測其以光速傳播；（2）一個光子在諧振原子核團裡儲存，然後過一陣子後重新被創造。兩種情況的世界線一個平滑，一個拐折。
有趣的是，整一團中有可能被激發的原子核，因為它們在粒子團中所處的位置不同，會經歷略微不同的引力紅移*。根據Liao和Ahrens的計算[1]，這就使重發射的光子有了一定的偏移，這種偏移和光子被「儲存」的時間成正比。這種偏移和假設光子在這段時間內受相同引力場作用「飛行」產生的偏移一樣大。一個光子若沒有經過吸收和超輻射的重發射，它待在引力場的時間短些，它的偏移角度就小一些（圖一）。偏移（電磁場相位變化率的改變）的發生，不僅需要重發射一個光子。更需要的是整個重新創造這個光子，包括它的相位信息，而這是由於原子核團裡所有可能的吸收和發射過程的量子疊加。自發輻射是一個量子過程，是有可能實現的的單一過程的疊加。原子核團一定的有空間分布，這些過程在同一時間不同地方感受到了引力勢能。由此，量子物理和引力物理就聯系到了一起。現代物理兩大支柱所描述的現象都超越了我們的日常生活經驗，只有研究延伸到了我們的自然界，才能夠發現這些現象。
*譯者注：引力紅移是指當從遠離引力場的地方觀測時，處在引力場中的輻射源發射出來的譜線，其波長會變長一些，
我們日常當然都能感受到引力。然而，時間和空間的統一以及大質量引起的時空扭曲，我們是感受不到的。在地球上，只有我們進行精密測量的時候，或者我們遙望宇宙的時候，這些概念才有意義。
同樣的，一百多年前量子物理效應的發現是一個意外。因為只有精巧地定義條件，這種效應才得以體現，平常生活中通常是不會發生的。第一種出乎預料的現 象就是光電效應[5] 以及黑體輻射的光譜[6, 7] 。如今，量子物理描述的范圍很廣：光學（比如激光、光電子等等）、電子（固態物理的很多方面、半導體技術等等）、化學（理解化學鍵和反應進程規劃）、核物 理、粒子物理等等。第一個觀察到的量子現象就和電磁場輻射有關，這不是巧合。研究量子物理效應需要非常精確的條件，即量子相干。要設置這種初始條件，一般 都依賴於自由度有限而可控的微觀世界。可見光及其周邊光域很特殊，因為室溫下這個范圍幾乎沒有黑體輻射（可以說是零），而且波長在微米量級，因為也比較容 易用宏觀物體來控制，比如說用光柵作光譜選擇。但要探測到量子效應，我們需要把微觀世界轉換到宏觀不相干的世界，一個大到可以放下一個表盤、一本雜志的地 方。電子有著很強的庫倫作用力，可以用來作這種轉換。所以說，用光設置起始狀態（過濾光譜），用電作測試從而轉換到宏觀領域，是發現光電效應的量子本質的關鍵。
在微觀和宏觀宇宙量級之間的，就是我們這個世界，我們研究科學的工具也在這裡。電磁輻射在人類可及的時間內可以穿越宇宙間距離，所以它或許最合適被當作跨越這些不同量級的工具。因此在Liao和Ahren的提議中[1]，電磁輻射也被他們選擇作為工具。
有意思的是，在相同時間內，文獻[1]中公式（4）描述的偏移和牛頓描述的引力偏移相等（把分母的平方根設為近似於1），即在自由飛行中獲得的速度 等於光速。眾所周知，廣義相對論講引入兩倍的偏移，因為除了自由落地加速度，還有非定域的時空扭曲，平行於測地線的傳輸引起了更多的偏移。討論一個「靜止 的光子」的偏移是否是因為後者引起的，多麼激動人心啊，它得出了和牛頓理論相同的結果，卻是因為不同的原因。
Liao和Ahren[1]還討論了原子核團加速（旋轉）的情況，以及大家熟悉的燈塔效應*[8] ，即利用旋轉讓重發射的光束延伸掃描。
*譯者注：在快速旋轉的圓柱體內表面附上物質，例如鐵，在X光射線的照射下，鐵先是吸收了X光射線，其後又發射出x光射線，這段時間差內圓柱體已經轉了幾度。在另一端的探測器接受到的信號有起有伏，好似燈塔的信號燈。
這裡提議的實驗，甚至是作為其基礎的思想實驗（gedanken experiment），雖然還不是「量子引力」，但可以讓我們了解一些量子物理和引力物理。要注意的是，要真正在這個實驗裡測試引力勢能作用下極小的偏 移，挑戰非常大，它需要足夠有效地壓制對其它所有的效應，比如說原子核團內由於雜散磁場所引起的差異性時間演化。
此文介紹最新的研究量子與引力間關聯的一種方法。關於研究的目標與歷史總結，可以參考《量子動力世界裡的萬有引力》 http://article.yeeyan.org/view/525497/445241
參考文獻
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- van Bürck, U., Siddons, D. P., Hastings, J. B., Bergmann, U. & Hollatz, R. Phys. Rev. B 46, 6207 (1992).
- Scully, M. O., Fry, E. S., Ooi, C. H. R. & Wódkiewicz, K. Phys. Rev. Lett. 96, 010501 (2006).
- Lenard, P. Annalen der Physik 313, 149 (1902).
- Einstein, A. Annalen der Physik 322, 132 (1905).
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- Röhlsberger, R. et al. Phys. Rev. Lett. 84, 1007 (2000).
換手機必看 Android轉iPhone換機教程
1Android向iOS導入通訊錄的兩種方法
數據表明，iPhone6和iPhone6 Plus發布9個星期後，蘋果在美國的移動網絡流量從60.6%增加到61.4%，同期Android的則從38.4%減少至37.5%，另外在對全球不同區域超過3000人的追蹤調查中發現25%選購iPhone 6和iPhone 6 Plus的用戶來自於Android平台，這意味著越來越多的人開始轉投iPhone陣營，而在中國這種趨勢更明顯。雖然Android陣營不願意看到這種局面，不過這已經說明了蘋果在大屏上有著強有力的競爭。
換手機必看 Android轉iPhone換機教程
Android轉投iOS陣營（圖片引自CIRP）
對於Android轉投iPhone這部分用戶，面臨的第一個問題就是換機，如何將你的通訊錄、短信、圖片以及各種聊天記錄快速導入到新手機中。iOS的封閉性導致我們不可能像Android手機那樣便利的完成換機，這也讓我們有必要針對新手普及一下換機教程。
1、通訊錄
將手機聯系人直接存入卡中是快速導入通訊錄的方式，不過手機卡面臨著丟失、存儲空間不足的情況，很少人選擇將聯系人存放在手機中，我們針對這種情況提供兩種操作方式。
1）微信快速同步
微信是手機中最為普及的App，拿軟件直接同步非常簡單，打開微信－我－設置－通用－功能－通訊錄安全助手－進入安全助手－備份，完成備份之後在iPhone中打開微信，按照同樣的順序選擇「恢復」，完成之後你會發現通訊錄已經完整來到你的新手機中。
微信快速同步
微信快速同步
類似的換機軟件也很多，比如騰訊開發的「QQ同步助手」、華為開發的「手機克隆」App也能夠做到。
2）傳統通訊錄導入導出
也有極端狀況，你不用微信，沒有裝軟件，這個時候可以選擇傳統的方式。Android手機打開設置－聯系人，可以將手機通訊錄導出為.vcf格式，手機會在根目錄中自動生成這一文件。
導出通訊錄文件
導出通訊錄文件
首先在電腦上保存這一文件，蘋果電腦系統會自動識別這一文件，然後可以通過iCloud直接存放到到通訊錄中並同步即可。Windows系統可以選擇使用Tools工具將通訊錄文件導入即可。
Mac上自動導入
2不越獄教你向iPhone中導入短信
2、短信
微信只有備份通訊錄的功能，第三方軟件包括QQ同步助手等雖然支持通話記錄、短信的備份，但是無法再Android和iOS之間互通，想要在不越獄的情況下完成短信的備份有些繁瑣，接下來我們就為大家演示這一過程。
第一步需要將Android手機中的短信進行備份並導出，這裡還是推薦使用QQ同步助手，我們在手機端將短信進行備份之後，然後在網頁端打開QQ同步助手，找到短信並選擇導出本組全部短信。此時短信會生成一份csv文件，留下這個文件備用。
導出短信文件
導出短信文件
在Windows中打開iTools工具，創建一個ITunes備份。打開iTools點擊右上角的「工具箱」，找到「iTunes備份管理」，點擊「創建備份」，選擇「新建備份」，根據提示創建好。
建立備份
打開備份
完成上面一步後，選擇創建的備份，點擊「打開」，找到「短信」中的「sms.db」，雙擊打開，路徑是 VAR/MOBBILE/LIABRY/SMS。
找到短信文件夾
導入你的短信文件
選擇導入csv文件，將上面導出的文件，導入到itunes備份管理中的短信中，點擊保存。使用iTunes從備份中恢復或者直接點擊同步到設備，這樣就完成了短信同步的過程，雖然有些繁瑣，但至少能夠實現短信同步。
3零流量實現圖片和視頻的導入
圖片和視頻
圖片和視頻的同步比較簡單，你可以通過iTunes將拷貝下來的圖片視頻同步到手機中，也可以選擇第三方軟件進行同步。
這裡還是給大家推薦QQ同步助手和「手機克隆」，兩款軟件都屬於跨平台App，可以在兩平台上互傳通訊錄、照片以及視頻。原理上非常簡單，就是通過其中一個手機自建Wi-Fi熱點實現兩手機之間的數據傳輸。
安卓和iOS圖片互傳
利用第三方軟件要比使用iTunes更方便快捷，而且換機時不需要花費流量，這一點很提倡。不過鑑於iPhone對私人信息比較敏感，通話記錄等很多信息在不越獄的情況下很難實現從Android到iOS的同步。
除了一些常用的手機信息，微信、QQ等這些常用軟件也是大家必備的App，需要保留這些聊天記錄，也可以通過軟件實現。比如微信中就可以將你的記錄進行備份並保留7天，其他通信類軟件能否備份需要看軟件本身是否支持此功能。
新機頻出也一定程度上加快了我們換機的速度，於是關於如何同步手機信息成了大家面臨越來越多的一個問題。而在不同手機之間，Android和Android手機之間的數據互傳最簡單，iOS也可以通過iTunes和iCloud實現快速同步，不過跨平台之間的同步顯得比較艱難，iOS開放程度不夠是導致現有局面的主要原因，大家換機時不妨參考以上教程。
2015年3月22日 星期日
減肥不用節食 穿這個背心就能消耗卡路裡
[摘要]據開發者的試驗顯示，一個體型健壯的男人在穿著Cool Fat Burner背心的2小時內，身體燃燒了500卡路裡的脂肪。
騰訊數碼訊（肖夏雯）有多少個姑涼都在為想減肥卻犯懶而煩惱？舉手示意一下。今天就給你們帶來福音，來試試Cool Fat Burner燃脂背心，穿上它，就算你不鍛煉，坐著玩電腦、躺著看韓劇，一小時也可以幫助你燃燒掉幾百卡路裡，就像已經鍛煉了很久一樣。
據開發者的試驗顯示，一個體型健壯的男人在穿著Cool Fat Burner背心的2小時內，身體燃燒了500卡路裡的脂肪。這種背心的技術稱為「冷式」燃脂，它能覆蓋身體的棕色脂肪組織。所謂棕色脂肪組織，是用於人類體內非顫栗產熱的脂肪，對維持體溫和能量平衡起了相當重要的作用。如果在正常室溫情況下，人們的身體很容易維持在36.7攝氏度，而穿著Cool Fat Burner背心，它會幫助用戶身體燃脂來維持36.7攝氏度。如果對穿著Cool Fat Burner背心的人進行層析掃描，很明顯可以發現，其棕色脂肪正在被激活狀態，達到燃脂效果。
其實原理很容易理解，例如游泳運動員菲爾普斯，每天攝入的食物能量肯定比大部分人都要多，沒見他大汗淋漓卻仍然不會發胖，很大一部分因素是水溫遠低於他的體溫，所以他的身體需要燃燒大量卡路裡來維持體溫，除了肌肉運動發熱，不動時就是靠燃燒棕色脂肪了。
Cool Fat Burner除了一個背心，還有一個可以覆蓋腹部位置的Cool Gut Buster，這倆家伙「強強聯手」，想不減脂都難啊。
最後，值得買家信任的產品必然要奉上買家秀供大家參考，那我們就來看看開發者親身試驗的結果，這是從2010年起的某些裡程碑時刻：第一幅為2010年Cool Fat Burner還在研發時的照片；第二幅為開發者經過1年的鍛煉和節食的照片，此刻Cool Fat Burner原型產品已經研制完畢；第三幅為開發者使用Cool Fat Burner原型產品一個月後的照片。可以看出，Cool Fat Burner背心1個月的使用成果就達到了1年鍛煉的效果，真是讓人折服。
是不是已經等不及要使用它了？目前，Cool Fat Burner正在Indiegogo上籌資，其目標資金為1萬美元，現在已經籌得將近7萬美元的總資金，看來想減肥的懶人不是少數。Cool Fat Burner的支持價格為60美元（約合人民幣372元），Cool Gut Buster的支持價格為80美元（約合人民幣496元），還有一些其他的購買方式大伙可以前去項目主頁查看。
所以小伙砸們，要是不願意再看到那個不停花錢買減肥藥還抱怨瘦不下來的女票；姑涼們，要是你不願意攀登凍得要命的珠穆朗瑪峰來減脂，那就選擇「冷式」燃脂的Cool Fat Burner套裝吧，天天偷懶躺沙發上看韓劇也能減肥哦。
谷歌正研發癌症治療腕帶
[摘要]谷歌獲得一項專利，可「自動修改和破壞血液中影響人類健康的目標癌細胞」。
騰訊科技訊 3月19日，谷歌(微博)於今年年初時曾公布一份計劃，宣稱要開發可檢測出癌症的腕帶。現在，谷歌已經獲得一項類似技術專利，這種技術可「自動修改和破壞血液中影響人類健康的目標癌細胞」。
據谷歌遞交的文件顯示，這種可穿戴設備可針對佩戴者血液中的癌細胞，並使用「外部能量源」發動攻擊，比如超聲波或無線電頻率等。
谷歌在其獲得的納米粒子電泳現象（Nanoparticle Phoresis）專利中解釋稱：「許多科學方法已經被開發出來，用以檢查一個人的身體狀況，包括通過檢查人體血液中的一種或多種化學分析物。這些化學分析物可成為病患或健康人類的指示劑，它們可能包括酶、激素、蛋白質、細胞以及其他物質。」
谷歌表示，其可穿戴設備將以血液中存在的任何物質或物體為目標，這些東西可能通過向血管中發射能量影響使用者的健康。谷歌的設備可能包括紅外信號、射頻、聲脈沖或磁場。使用的能量多少將取決於腕帶針對的目標，其可能被設計用於改變分析物中的化學成分。
谷歌在申請專利文件中稱：「在一個相關例證中，特定蛋白質似乎與引發帕金森病的部分病因有關。通過提供配有生物識別元件(Bioreceptor)的功能化粒子，可選擇性地綁定目標，帕金森病的發展就可以預防或推遲。結合上述描述的可穿戴裝備，這些綁定粒子將可修改或摧毀目標蛋白質。如果再進一部，摧毀的目標可能包括癌細胞。通過選擇目標，然後修改或摧毀癌細胞，癌細胞將被減少。」
1月份，谷歌生命科學部負責人安德魯·康拉德（Andrew Conrad）曾公布腕帶計劃，它們的納米粒子可以在體內循環尋找癌細胞。在游遍全身後，這些納米粒子會被使用磁鐵集中起來，展示它們遇到的細胞。比如，納米粒子會引發癌細胞發光，允許腕帶記錄下它們，以便確定是否對身體造成危險。
這套系統依賴於納米粒子促使細胞發光的技術，為此科學家必須解決如何讓光穿透皮膚。為了深入研究，科學家們正利用仿真皮膚和志願者捐贈的人類真實皮膚制作人類手臂模型。
可穿戴設備依然處於開發的初期階段，谷歌實驗室Google X正在努力確定如何定義一個「健康人」。他們正監控175名健康志願者，不斷收集他們的身體信息。康拉德承認，當納米粒子在體內追蹤細胞時，人們可能覺得這有點兒怪異。他說：「我們正取得良好進展，但前方之路依然漫長而艱難。我們要想實現目標，可能還需要數年乃至數十年的努力。」
此前接受彭博社采訪時，Google Ventures總裁比爾·馬裡斯（Bill Maris）曾表示，他認為人類可活到500歲。但是這需要在醫學上取得突破，並需要生物力學崛起。馬裡斯已經向遺傳學公司和癌症診斷初創企業投入大量資金，並稱：「我們在生命科學領域有潛力實現你任何大膽設想，我只希望人們的壽命足夠延長。」
馬裡斯2009年創建了Google Ventures，並負責管理該基金全球業務。 此外，馬裡斯還參與谷歌秘密項目Project Calico。Calico是谷歌和蘋果2013年建立的研發公司，旨在研究對抗衰老及其相關疾病的方案。
谷歌聯合創始人拉裡·佩奇（Larry Page）表示，Project Calico主要與健康和長壽有關。去年9月份，Calico公司與AbbVie結成合作伙伴關系，建立專門研究神經退行性疾病和癌症的研究中心。
麥克斯韋方程組是如何來的？
美國著名物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）曾預言：「人類歷史從長遠看，好比說到一萬年以後看回來，19世紀最舉足輕重的毫無疑問就是麥克斯韋發現了電動力學定律。」 這個預言或許對吧。可是費曼也知道，麥克斯韋可不是一下子就發現了所有有關電動力學的定律，所以如果一定要選出一個有代表性的時間，他很有可能會選1864年10月27日。那天麥克斯韋向皇家學會成員闡述了他的論文「電磁場的動力理論」。一年後麥克斯韋正式發表他這個激進的新理論。那時候整套理論還顯得很冗長，後來是他的追隨者把這個理論精煉到了四個如今著名的方程式。無論如何，把這些方程是稱為麥克斯韋方程組還是有道理的。所以我們今天要來慶祝它們150歲的生日。
1820年以前，科學家相信電和磁是截然不同的兩種現象。後來漢施·克裡斯蒂安·奧斯特（Hans Christian Oersted）報告了一個引人注目的結果：當他把磁化的指南針放到通電導線附近時，指南針移動到了和導線垂直的角度。各處的科學家都驚呆了，立即著手研究電和磁的關聯。其中就有麥克·法拉第（Michael Faraday）。
詹姆士·克勒克·麥克斯韋是十九世紀物理學界最有影響力的人物。(C) GL ARCHIVE/ALAMY
法拉第是個倫敦鐵匠的兒子，自學成材。29歲的時候，他在皇家研究所漢弗萊·戴維（Humphry Davy）手下工作。作為一個分析化學家，他豎立了機智靈敏又可靠的好口碑。只有其他事情一做完，他就開始實驗電流和磁。他並不懂數學，所以至少表面看來，他比起那些同時代的接受過完好教育的人來有所欠缺。但反過來說，這種缺失卻成了他的優勢，他比別人更能自由地思考。他問了很多別人都沒有考慮過的問題，設計了別人沒有想到過的實驗，看到了別人錯過的機會。
與他同時代的安德烈·瑪麗·安培（André Marie Ampère）以驚人的速度重復了奧斯特的實驗。沒幾個月就發展出了一整套數學理論。他說，任何一個電流環都會產生貫穿過這個環的磁力。安培的理論，就像此前的庫倫，是基於牛頓的萬有引力理論的。庫倫認為，在點電荷和磁極之間會即時產生直線狀的電力和磁力。這些力和距離的平方成反比。安培計算了把通電導線看作是無限小的電流分段串在一起，把每個無限小的電流分段當作是一個點來處理，從而計算通電導線產生的磁力。要算通電導線產生的磁力，只要把所有電流分段的效應在數學上簡單相加。
在法拉第看來，若要說奧斯特實驗中指南針是被一組直線引力以及它和導線之間排斥力驅動，那是不對的。他覺得，應該是通電導線在它的周圍空間引起了一種環形的力。他涉及了一個聰明而簡單的實驗，驗證這個想法。法拉第將一條磁鐵豎直固定在一個小臉盆中央，並將水銀倒入臉盆中，直到只有磁鐵的頂端露出來。然後他把一根導線伸到水銀中。當他通上電，導線和水銀就是電路的一部分了。與水銀接觸的導線的頂端圍繞磁鐵快速轉動。他制造了這個世界上第一個電動機。
安培已經演示過如何從電產生磁——那麼從磁裡產生電當然應該有可能啦。然而十年來科學家屢試屢敗。然後到了1831年，法拉第發現了這個目標難以企及的原因：要想在導線裡產生電流，你必須改變導線周圍空間裡的磁場態。你只要在電路周圍移動一個磁鐵（或者反過來），那麼電路就有電流了。然而空間的磁場態確切來說到底是什麼呢？法拉第想起了白紙上磁鐵周圍鐵屑的分布，他確信磁鐵不只是一塊帶著有趣特性的鐵，它是整個磁力曲線在空間分布的中心，磁力線實際存在。而且，這種現象不僅鐵磁有：在導電電路的周圍也有相似的磁力線。
法拉第得出進一步結論。通過測試，他總結說每個帶電物體都是電力線的源頭，在空間裡也會彎曲。和連續成環狀的磁力線不同（它們不終止於磁鐵，而是穿過磁鐵），電力線總是從一處的正電荷物體到另一處的負電荷物體。所以每個正電荷都和別處一個負電荷有一個平衡。他同時觀察到，無論是磁效應還是電效應，都不是即時的，都要一段時間來產生作用。照他的理解，這是系統要建立起這些電力、磁力線所需要花費的時間。
英國科學家麥克·法拉第（畫像）對麥克斯韋發展電磁統一理論有幫助。(C) GL ARCHIVE/ALAMY
法拉第和其他科學家的思維方式很不一樣。通常科學家仍然認為電力和磁力是由一段距離內的實質物體相互作用，而空間的作用是消極的。皇家天文學家喬治比德爾艾利（George Biddell Airy）爵士評價法拉第的電力磁力線是「模糊和變化的」，他代表了當時很多人的意見。這也好理解。他們通常的遠距作用理論有一個明確的公式，而法拉第的理論卻沒有提供任何公式。雖然他們尊敬法拉第，認為他是一位超凡的實驗家，但大多數科學家覺得他不懂數學，因而缺乏理論基礎。
法拉第了解他們的這些意見，所以在發表電力磁力線理論的時候格外謹慎。只有一次他做了一次冒險。那是在1846年， 他的一個同事查爾斯·威特斯通（Charles Wheatstone）要在皇家學院演講他的發明，但臨陣怯場。於是，法拉第決定自己來做個演講。他在給定時間結束前開始講預告之外的內容。他卸下心理防備，把自己最私密的想法說了出來。他向聽眾們講述了有著驚人預見的關於光的電磁理論。他推測，全部空間都充滿著電力線和磁力線。這些線橫向振動，當受到干擾時，就會沿著線的方向以很快但有限的速度發射能量波。他說，光很可能就是光線振動的一種體現。
現在我們知道，他已經很接近真相了。但在法拉第的那些科學家同事看來，光線振動就像奇幻傳說一樣荒唐。以至於法拉第的支持者都感到尷尬，法拉第本人也後悔松懈了思想防備。他把他同時代的人遠遠地甩在了後頭，一直等到四十年以後才有人能揭示法拉第真正的偉大。這個人有著同樣思想高度，和法拉第能力上的有著互補。這個人就是詹姆士·克勒克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）。
麥克斯韋職業生涯驚人而又短暫（他死時48歲）。他在他從事的每個物理分領域都做出了根本性的發現。但他最偉大的工作是關於電場和磁場，這點像法拉第。麥克斯韋出生於一個高貴的蘇格蘭家庭，他進了愛丁堡最好的中學，然後去了愛丁堡大學和劍橋大學。他在劍橋大學得到了數學榮譽學位考試的第二名，獲得了學士學位。這之後，他就開始閱讀有關法拉第的電學實驗。麥克斯韋一下子被法拉第的坦誠吸引了：這個偉人公開他的成功以及失敗，表達他成熟以及粗略的想法。再讀下去，麥克斯韋看到這項工作真正的力量：在尋找探究明白前，思想就有偉大飛躍。在麥克斯韋看來，線這個概念在空間上是有道理的，雖然法拉第表達起來都是用文字的，但本質上這是可以用數學表述的。他開始用數學的力量承載起法拉第的想法。九年裡，他跨越了三次令人驚嘆的階段，成功了。
麥克斯韋非常善於發現自然界不同領域的相似性。1856年，他開始用虛擬的不可壓縮的勻速流體來類比電力線和磁力線：在空間區域的流體速度和方向代表了力線的密度和方向。如此，他就證明了靜態電力和磁力可以從傳統的距離之間的作用理論推導出來。這是個了不起的成就。但當時，麥克斯韋不知道如何處理變化的力線。依照他慣有的方式，他去干別的工作了，但這些想法一致在他腦中醞釀。
六年後，他有了一個新模型。他想象空間裡充滿著小球，這些小球可以旋轉，它們被更小的粒子在空間上間隔開。那些小粒子就像是鋼珠軸承。麥克斯韋假設這些小球質量很小但有限，並有一定的彈性。如此一來，就可以把電力線和磁力線和機械系統作類比。因而任何一個小球的變化都會引起了其他小球的變化。這個傑出的模型導出了所有著名的電磁方程，它預言電磁波的傳播速度只由電磁基本性質決定。這個速度和實驗測到的光速只相差1.5%。這是個驚人的結果，但科學家卻都沒對此表態。他們相信，任何物理分領域，都是以認清自然真實規律為目標的。他們覺得麥克斯韋的模型並沒有原創性，用這個模型嘗試對電磁和光作解釋是有缺陷的。所有人都預計麥克斯韋下一步就是要完善這個模型。但他沒有，他把模型放到一邊，只運用動力原理，從頭開始搭建這個理論。
兩年後，研究成果被發表在「電磁場的動力理論」這篇論文中。在這個模型裡，無處不在的媒介取代了此前模型中的旋轉粒子。媒介具有慣性和彈性，但他對其機械特性沒有詳述。就像變戲法，他運用了約瑟夫·路易斯·拉格朗日（Joseph Louis Lagrange）的方法，把動力系統看成一個「黑箱」：只要描述了這個系統的一些通常特征，就可以在不知道具體機理的情況下，通過輸入推導出輸出。如此，他就有了電磁場方程組，一共有20個方程。1864年10月，他在皇家學會講述他的這篇論文，聽眾們簡直不知道該拿它如何是好。一個理論建立在奇怪的模型上已經夠糟糕了，而一個理論不以任何模型為基礎，那就根本無法讓人理解。
直到1879年麥克斯韋過世，又過了數年，他的理論都沒有人能夠真正理解，就好似在玻璃箱中的展示，廣受仰慕卻無人能夠接近。後來是自學成才做過電報員的奧利弗·亥維賽（Oliver Heaviside ）讓這套理論變得可以親近。1885年，他把這套理論總結為我們現在所知的四個麥克斯韋方程
這裡 E 和 H 分別是空間任意點電場力和磁場力的矢量， ε 和 μ 分別電和磁的基本常量，ρ 是電荷密度， J 是電流密度矢量。頭兩個方程簡潔表述了電和磁的平方反比定律。第三、四個方程定義了電和磁之間的關系，說明電磁波存在並以1/√(με) 的速度傳播。
亥維賽運用矢量分析大大簡化了方程的表達。三維矢量用一個字母表示，把電勢和磁矢勢都推到幕後。1888年，海因裡希·赫茲（Heinrich Hertz）發現電磁波極大地推動了人們對電磁理論的興趣。人們求助於亥維賽的精煉版本，而非麥克斯韋最初的表述。要把故事講完整，還要加上三點內容。第一，麥克斯維其實很容易就可以把理論簡化壓縮，但是他覺得最好還是保持一定的開放性。許多年後，他的智慧顯現了：理查德·費曼和其他人發展量子電動力學，就是利用了被亥維賽剔除的原始狀態下的勢能量。第二點，是麥克斯韋命名了運算符號，比如散度和旋度。第三，麥克斯韋事實上在他的《關於電和磁的論文》一文中已經用了矢量，只不過他把矢量表達看作是一種額外的選擇。他的矢量是從威廉·羅萬·哈密頓（William Rowan Hamilton）復雜的四元數推導而來。大多數人都不想用這麼復雜的矢量系統，直到亥維賽推出簡便許多的系統他們才開始接受。
最後想想這點：雖然麥克斯韋從來沒有刻意去追求，但他的方程組揭示了光速是1/√(με)，和觀察者、光源的相對速度都沒有關系。這引導出了愛因斯坦的狹義相對論，E = mc²。 所以說，或許這個世界上最著名的公式就應該是 E = m/με。這樣才能體現愛因斯坦和麥克斯韋共同的貢獻。
巴斯馬宏（Basil Mahon）撰寫了若干本關於詹姆士·克勒克·麥克斯韋、麥克·法拉第以及奧利弗·亥維賽的書。他最新和南希·福布斯（Nancy Forbes,）合作的的一本書《Faraday, Maxwell, and the Electromagnetic Field 》由Prometheus Books出版 (ISBN 978-1-61614-942-0).
e-mail basil.mahon@tiscali.co.uk
參考書目
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- Faraday, M. Experimental Researches in Electricity (Dover Publications, 1965).
- Heaviside, O. Electrical Papers 2nd edn, Vol. 1, 447–451 (Chelsea Publishing Company, 1970).
生命大分子，星際空間造？
圖片：地出（來源：NASA）
（伏維閣主 /譯）「地出」：這張著名的「地出」照片，重新定義了整整一代人與我們地球的關系。阿波羅8號宇航員於1968年聖誕夜在月球軌道上拍攝了它。在這張照片上，我們可以看到一顆遍布雲斑的藍色星球，在那危機四伏的黑暗中閃著微光；它讓我們認識到，我們的星球是多麼孤獨——只有在地球這顆脆弱的藍色星球上，原子才能相遇，然後一點點組成分子，再以此為基礎，逐漸構造出那化學的奇跡——生命。
但也許這不過是我們的想當然而已。地球真的是一顆孤獨的星球嗎？如果轉頭望向另一邊個方向，我們或許就會得出不同的結論——我們的最新發現，已經對這一觀點提出挑戰。當然，我們並沒有發現地外生命；但是我們發現了大量證據，足以證明太空中存在著能創造出生命的、復雜的碳化合物——小分子烴、糖和醇，甚至可能還有那奇特的氨基酸。這些發現就像那幅「地出」照片一樣，可以完全顛覆我們的世界觀。「地球上正在發生什麼？宇宙中又曾經發生過什麼？這些發現會完全改變你的認知。」美國亞利桑那州圖森大學的天體化學家露西•澤裡斯（Lucy Ziurys）如是說道。而這些發現也引出了一個大問題：宇宙中的這一切分子，又是怎麼被創造出來的呢？
新發現顛覆的，並不是「外太空不可能發生化學反應」。我們早在大半個世紀以前就知道，在恆星的「核熔爐」裡誕生的碳、氧和其他元素，可以在星際空間中形成簡單的分子，比如水、一氧化碳和氨。由此形成的分子雲可以向內坍縮，形成新一代恆星，有的還能形成龐然巨物：比如位於我們銀河系中心的人馬座B2 (Sagittarius B2)，直徑就有150光年。
外星來客
但要創造出更復雜的分子，還需要經過一系列非常復雜的「化學舞蹈」， 而分子雲並不是一個理想的舞台。比如分子雲的密度太小，而且溫度太低——它們的溫度實在太低了，以至於無法為化學反應提供足夠的能量。但在我們地球上，這些化學反應就可以順利發生。在上述種種條件的限制之下，原子就很難在星際空間裡相逢、結識，然後發生反應。
但這件事也許還沒結束。在那張「地出」照片誕生短短幾個月後，一位外星來客給我們捎來了別樣的訊息。1969年9月28日，人們在澳大利亞維多利亞州的默奇森鎮（Murchison）上空看到了一顆明亮的火球——這是人類有史以來觀察到的最大的流星之一。
在接下來的幾十年裡，對默奇森隕石樣本的分析研究，給我們帶來了一系列驚人的發現：隕石中含有大量相對復雜的有機分子，其中就包括能合成蛋白質的氨基酸，甚至更復雜的多肽。科學家在其他隕石裡也發現了類似的分子。這些發現可謂至關重要。因為科學家認為，隕石中含有的化學成分，跟最初形成太陽系的物質中所包含的成分非常相似。澤裡斯說：「我們的太陽系形成於分子雲中，而隕石就像是那分子雲派來的信使。」
但只有在新一代大功率紅外線和射電望遠鏡投入使用之後，科學家才開始仔細觀察這些分子雲。這些望遠鏡可以測量氣態雲裡分子旋轉時發出的低能量電磁波——根據量子力學理論，分子會在旋轉時發出特定頻率的電磁波。正因如此，在太空不同區域的光譜中，也就隱藏著關於其化學組成的蛛絲馬跡。
隨著我們對這些蛛絲馬跡的了解越來越深，我們也收獲了接二連三的驚喜。科學家在太空中發現的最大分子就是富勒烯了。這種大質量的碳分子，是個由60個碳原子組成的布基球。2010年時，NASA的斯皮策太空望遠鏡在一顆衰老的恆星周圍發現了它們的蹤影。除此之外，還有許多由從2到13個原子組成的小分子——其中有些只差一點點就能變成生命的基石。
例如2008年時，科學家在人馬座B2發現了氨基乙腈（aminoacetonitrile）。它是甘氨酸——最簡單的氨基酸——的前體。2009年時，NASA的「星塵」任務又在維爾特二號彗星（81P/Wild 2）表面發現了甘氨酸——盡管人們對甘氨酸是否存在於星際空間仍存爭議。
另一種被明確鑑定出來的分子，是類糖分子乙醇醛（glycolaldehyde）。它的發現得益於坐落在智利安第斯山脈的大型射電望遠鏡陣列「阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列」（Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, ALMA）。ALMA於2011年啟動。它在一顆距離地球只有400光年遠的恆星附近發現了乙醇醛，意味著這種分子很可能存在於我們太陽系誕生的那個分子雲裡。2013年時，科學家又在人馬座B2上發現了亞氨基乙烷（ethanimine），這是DNA某種鹼基的前體。
迄今為止，科學家一共在星際空間發現了180種分子（如圖）。可以說，它們不過是巨大的冰山露出的一角。因為分子越復雜，發現它就越困難。
圖片：宇宙空間的分子——科學家目前為止在宇宙空間發現的這180種左右的分子，大多都很小。除去最簡單的分子（比如水）之外，還有類糖分子、簡單的酒精分子、碳氫化合物，以及蛋白質和DNA的前體。（來源：New Scientist）
「我們現在有了靈敏度極高的射電望遠鏡，我們取得的光譜擁有細密的光譜線：一條緊挨著另一條。」澤裡斯說，「但要鑑定一種復雜分子，仍然是件非常困難的事。因為它們的光譜線很微弱，而且它們藏身於混沌的密林之中。」
分子越大，它的結構就越松散——所以你很難確定它的預期光譜。澤裡斯說，甘氨酸的存在與否，為什麼仍有爭議？部分原因在於，甘氨酸的特征光譜究竟是什麼樣子，就連實驗室的研究人員都無法取得一致。
即便如此，從我們目前的發現來看，宇宙空間中確實可以形成相對較大的分子，而且這些分子跟我們在地球上發現的大分子擁有驚人的相似性。這又是怎麼一回事？在我們地球上，氨基酸分子需要在植物或動物體內經過一系列復雜的化學反應才能形成，而且需要酶的催化調節——酶在此之前已經演化了數百萬年之久，才能勝任這樣的工作。
但是宇宙空間十分疏闊寒冷。不管是什麼反應創造出了這些大分子，其過程必然都極為緩慢。用望遠鏡觀察星空的人，可能要等上數千年之久，才能看出分毫變化。美國夏威夷大學馬諾阿分校的拉爾夫•凱撒（Ralf Kaiser）說：「發生化學變化的速率實在太慢了，不可能進行實時觀測。」
但凱撒是位喜歡自己動手處理的研究者。他和他的同事們在溫度只比絕對零度多10度的真空室中濃縮化合物（例如水、二氧化碳和氨），從而在實驗室裡重建了類似於星際空間的環境。有了這個大環境，那麼要想縮短反應時間，只需要把更多物質放進這個真空室裡就行了。所以在宇宙空間需要花數百萬年時間才能相遇的原子，在這裡只要花幾個小時就能碰面。凱撒說：「我的實驗室多少有些像是時間機器。」
拉爾夫·凱撒在他的實驗室中。（來源：hawaii.edu）
在此條件之下，該研究團隊最終設法證明，宇宙中的甘氨酸很可能是通過施特雷克合成反應（Strecker synthesis）被制造出來的。該反應從19世紀開始就被化工廠用來合成氨基酸。但我們此前認為，這一反應並不會自然發生。
在我們地球上，你需要把完全正確的化學「素材」——醛、氨和氰化物——放在一起，加熱到合適的溫度，再加上某些酸，才能促發施特雷克合成反應。但在宇宙空間裡，地球上那位化工專家的工作，似乎是由另外兩樣東西完成的：一個是高能輻射，另一個是塵埃。激烈的電離輻射呼嘯著穿過宇宙空間，提供的能量促發了一系列化學反應，啟動了施特雷克合成反應。
至於宇宙塵埃——由恆星噴出的固體碎屑，上面覆蓋著由二氧化碳、氨和碳氫化合物組成的冰冷外殼——則從三個方面來輔助施特雷克合成反應。首先，它給化學反應提供了「舞台」：被它吸收到表面的分子，一般只需要少得多的能量就能發生反應。第二，它可以吸收反應產生的多余能量。第三，它的冰冷外層可以為反應最初階段形成的分子提供保護——如果這些分子直接暴露於宇宙輻射之中，那麼它們剛一合成就很可能被破壞殆盡。
凱撒最近在和美國加州大學伯克利分校的研究人員展開合作。他們希望知道，「宇宙化學」是否能創造出更超出氨基酸的東西。他說：「我們想看看氨基酸是否能在模擬冰粒上進一步鏈結起來。」如果兩個氨基酸結合在一起，就能形成一個二肽——也就是一個非常小的蛋白質。如果科學家能在實驗室的模擬冰粒上發現蛋白質，就意味著生命的最基本構建模塊確實可以在宇宙空間中形成。
但是實驗證明，要想發生反應，實在太困難了：合成出來的成品數量極其稀少。但在3年之後，經過了40次重復實驗、無數次交叉檢查和光譜分解，該研究團隊終於在2013年3月找到了答案。二肽確實可以在宇宙空間中合成；甚至就連更復雜的化學結構——比如三肽——都有可能合成。歐洲航天局的「羅塞塔」任務計劃於2014年登陸「67P/楚留莫夫-格拉希門克」彗星（67P/Churyumov-Gerasimenko）。它或許可以幫助我們確證這件事——至少是在彗星表面。（羅塞塔任務探測器「菲萊」於2014年11月12日登陸67P。目前結果仍在分析之中。——譯者注）
但是宇宙裡還有其他分子，僅憑星塵的薄霧和電離射線的輻射，還無法得出令人滿意的解釋。比如2012年時，科學家在星際空間裡發現了甲氧基。這些小分子比甲醇——最簡單的醇——少一個氫原子，所以需要從甲醇拿走一個氫原子才能形成。在地球的大氣層裡，當甲醇遇到一個由單一氫原子和單一氧原子組成的羥基時，就會發生這一化學反應。但是實驗表明，在星際雲的塵埃顆粒上，甲醇在反應中被拿走的是「錯誤」的氫原子，所以該反應就會產生另一種分子，名為「羥甲基」。也就是說，在自由空間（free space。編者注：一種理論的完美真空）中漂浮的甲醇和羥基，似乎不太可能形成甲氧基——就是沒有足夠的能量讓它們發生反應。
2013年，英國利茲大學的德韋恩•赫德（Dwayne Heard）和他的同事在無意之間解決了這個悖論。赫德說：「我們的目標原本是研究羥基在我們地球大氣中的化學反應。」但是他們的設備碰巧讓他們降低了反應的溫度。當溫度到達-200℃，反應速度突然加快了100倍。
赫德說：「反應速度提升得太快了，我們只能驚呼：『天哪！一定還發生了別的什麼！」
量子來助陣
後來科學家發現，是量子力學在背後搞鬼。低溫會讓化學反應平緩下來，所以分子可以在一起待上足夠長的時間，發生「量子隧穿效應」。來自德國斯圖加特大學的理論化學家約翰尼斯•卡斯特納（Johannes Kästner）這麼解釋量子隧穿效應：就好比你把球往牆上扔，但是球沒有反彈回來，而是徑直穿過牆壁去。與之類似，參與化學反應的原子，有時候並不需要攻克能量的壁壘（有限位勢壘——譯者注）——根據量子力學理論，原子的位置擁有不確定性；雖然可能性很小，但是它仍有一定可能穿過位勢壘。
參與反應的原子越小，就越容易出現這樣的情況。卡斯特納說：「這就是為什麼隧穿效應在氫原子的反應中最為重要。」研究發現，正是在這種量子效應的協助之下，在低溫自由空間裡參與甲醇和羥基反應的氫原子才能重新定位，組成甲氧基。
或許一個全新的星際化學反應網絡正准備由此開端。而你唯一需要做的，只是從甲氧基中再拿走一個氫原子，制造出甲醛。甲醛會一次又一次發生反應，最終「成長」為一個復雜的有機分子。
不過，這一反應真的能在自由空間裡發生嗎？科學家目前還在猜測之中。但最近在太空中發現的有機分子，再次掀起了那場久已有之的討論：地球是否真的是生命的前體分子最初形成的地方？一種關於生命起源的理論認為，地球上的第一個多肽是由3到8個氨基酸組成的；它會進一步誘發反應，形成較大的分子，並最終形成大型蛋白質、酶和其它生命必需的分子。但至於那些小多肽是怎麼在地球上形成的呢？答案仍然暗昧不明，而且矛盾重重。比如在地球早期的大氣之中，似乎並不存在可以發生上述化學反應的成分。
然而現在看來，創造出生命的化學反應並不一定是在地球上發生的——太陽和圍繞它運行的行星們，可能一開始就誕生於一個擁有有機分子的環境之中，而且某些有機分子至少像二肽那麼大。也許在地球的化學條件漸臻佳境的時候，這些有機分子隨彗星來到地球。澤裡斯介紹說，在距今大約40-35億年前的某個時候，地球曾經歷了一次彗星和隕星的瘋狂轟炸。「我們找到的關於生命起源的最早證據，就來自那之後不久。」
這也許是個巧合，但也許給我們提供了另一種解釋。2013年9月發表的一項研究證明，氨基酸可以在冰彗星的表面形成——只要這顆冰慧星擁有像地球一樣的岩石表面就行了。當然，就算出現在地球上的分子並不完全是地球自己的發明，我們的星球仍然大大推動了宇宙化學的進程——而且就我們目前所知，遠遠超越了其他任何地方。所以我們有足夠的理由，去珍惜這顆獨一無二的藍色星球——在我們眺望環繞四周的宇宙時，我們不妨停下來想一想：至少我們的分子並不孤獨。 （編輯：游識猷）
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