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2013 第 42 周新闻速递

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注:标题前含有 # 的均是向“科学公园每日快讯”投稿内容。

周日 (2013-10-20)

# 脑部扫描将有助于孤独症诊断

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图1  这副来自 Kana 研究团队的脑部扫描图显示,孤独症者的脑部神经连接明显弱于正常受试者

孤独症通常也称为自闭症,是自闭症谱系障碍的通称,它是一种脑部发育障碍。据美国阿拉巴马和奥本大学联合研究发现,孤独症的脑部扫描信号显示出明显特征,这将有助于进行基于行为的自闭症诊断,并且有助于早期介入治疗。该研究发表在 Frontiers in Human Neuroscience 上。

调查发现,从脑部扫描的 19 条路线的连接数据中可以预测受试者是否有孤独症,其准确率达 95.9%. 在奥本大学磁共振研究中心, Kana 及其团队研究了 15 名高功能孤独症的青少年和成人,以及 15 名发育正常的受试者,年龄从 16 到 34 岁。研究表明具有自闭症谱系障碍的成人,其处理社会行为的信号明显异于常人。研究中也发现,在他们大脑内存在连接中断情况,这也解释了他们为什么难以理解一些社会行为。

目前,孤独症只能通过面谈与行为观察来诊断。尽管孤独症可以在 18 个月的时候被诊断出来,实际上,更多的诊断是在 4-6 岁左右,当儿童面临上学或社会安置时才发现,这样就错过了许多干涉时间,而这段时间又非常关键。这项发现有助于早期对孤独症进行确诊,这非常重要。

新闻来源: http://www.biosciencetechnology.com/news/2013/10/brain-scans-may-aid-autism-diagnoses

# 太空长大的水母在地面麻烦啦

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图2  海月水母的照片

在太空中出生并长大会怎么样呢?如果你是水母的话,就会发现接触到地球引力后,你游泳起来就有麻烦啦! Deep Sea 新闻介绍了这个有趣的事件。

水母在碟状幼体阶段会发育出感觉棍,其中包含有平衡石感觉结构,它能够让水母感觉到重力。平衡石是长在一边的钙的结晶体,其内部是触觉绒毛。1994 年在太空研究进展上的一篇文章检验了海月水母的感觉棍的在太空中的发育情况,该项目随同 NASA SLS-1 任务一起进行了九天。火箭发射时,水母还处于螅形体阶段。在太空中长大的水母,尽管其感觉棍在外形上与地面长大的相似,但观察发现,太空水母会呈现出周期性的异常。

水母的感觉棍与哺乳动物的内耳前庭结构类似,水母的平衡石可与内耳的耳石相类比。水母的太空发育实验就提出了一个问题:人类在微重力情况下出生并发育,由于感觉结构的发育异常,在地面重力环境下可能会有活动方面的问题。

新闻来源:

# 明年,你的智能手机有可能自行充电了

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手机充电是不是很烦?如果手机可自行充电,那该有多好!这个可能明年就行了——这是法国 SunPartner 技术公司给出的预测时间,他们将向消费市场推广自己的 Wysips 晶体技术,该技术会在智能手机的显示屏上蒙上一层看不见的太阳能电池。

Wysips 代表 "What You See Is Photovoltaic Surface", 即“你看到的是光电伏打表面”,它可以从任何光源吸收能量,无论是自然光、灯光、室内还是室外,其转换效率可达 15% 到 20%. 其光电表面在外暴露一小时可供打 10 分钟的电话,并且,它可以让人注意不到地嵌在触摸屏上。

新闻来源: http://blogs.smithsonianmag.com/ideas/2013/10/next-year-your-smartphone-might-actually-charge-itself-using-solar-power/

引力波揭示出超级黑洞的成因

Gravitational Waves Reveal How Supermassive Black Holes Gain Weight

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图4  大型星系中央的超大型黑洞。多年来,天文学家直想弄明白为什么这些黑洞可以长这么大。如今,科学家可以用西澳大利亚的 CSIRO's Parkes 射电望远镜发现其解答了。

新闻来源:

周六 (2013-10-19)

# 武装机器人可能会在五年内登陆战场

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图5  SWORDS 是一种前代武装机器人,未接受命令时可在战场上执行有限的战斗任务

装备有自动武器、反坦克导弹、甚至手榴弹发射器的武装机器人要来了!四家机器人公司—— HDT Robotics, iRobot, Northrop Grumman 和 QinetiQ ——近期在班宁堡的“机器人竞技场”实施了一场实战演习,测试了他们所研发的 M240 型装备有机枪的机器人,目的是想看看这样的机械杀手性能如何。

未来战场上,机器人将不再仅仅是工具,而有可能成为战队的一员。目前的机器人携带 3.5 加仑燃料可运行 20 小时,可负载 1000 磅。在战场上,机器人还可用作充能设备,给电池或其它系统供电。

新闻来源: http://www.wired.com/dangerroom/2013/10/weaponized-military-robots/

# 早期宇宙的光线是扭曲着过来的

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图6  艺术想象绘图,展示来自宇宙微波辐射背景的光子在旅行途中如何受到引力透镜的偏转作用

我们的宇宙诞生于 137 亿年前的大爆炸,之后宇宙从热的等离子态冷却下来,残留下来的痕迹称为宇宙爆炸的余辉,也叫宇宙微波辐射背景。宇宙爆炸的余辉就是宇宙形成之初的原始光线,研究人员近期从观测到的余辉中发现了光线的微小扭曲,希望这个发现有助于揭示宇宙爆炸以来的新秘密。

利用南极望远镜和欧洲太空总署的赫歇尔太空望远镜,研究人员第一次从微波辐射背景中观测到 B-型极化光。广义相对论告诉我们,大质量的天体会让光线发生弯曲,星系、星系团及神秘的暗物质会在太空中形成一种引力透镜,影响过往的光线。观测到的 B-型极化光即来自引力透镜。还有另一种方式可以产生 B-型极化光:宇宙大爆炸之后的“暴涨”阶段,宇宙的膨胀速度比光速还快,原始宇宙的运动所产生的原始引力波也会导致光线极化。新的观测发现会帮助我们揭示早期宇宙的成长过程。

新闻来源: http://www.livescience.com/40549-cosmic-microwave-background-light-inflation.html

# 睡觉是为了清洁大脑

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我们为什么要睡觉?对于这个问题,美国科学家有了新的解释:在我们睡眠的几个小时中,一种垃圾清理机制会自动运作,来清理掉我们大脑内的废物。

通过一系列在老鼠身上进行的实验,研究人员发现,在睡觉过程中,脑脊髓液会在大脑内循环回流,冲刷掉一些废物,就象一台洗碗机一样。科学家发现,老鼠在睡眠中,脑细胞会收缩,之间的空隙会比清醒时大 60%, 从而让脑脊髓液的流动速度比清醒时快 10 倍。通过注射追踪蛋白,科学家检查了老鼠大脑如何清除一种与阿尔茨海默病有关的毒素,结果发现在睡眠中,清除速度显著加快。根据也是近期的研究,脑脊髓液洗刷的脑部废物会汇集到一种叫脑部类淋巴系统 (glymphatic system) 中,然后再运输到人体,最终汇集到肾脏中。

新闻来源: http://www.theguardian.com/science/2013/oct/17/sleep-cleans-our-brains-say-scientists

# 格鲁吉亚古人类头骨或将改写人类进化史

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格鲁吉亚德马尼西的一块 180 万年前的人类头骨向我们已知的人类进化史发出了挑战。人类进化的故事会比现在理解的更简单,人类祖先的物种数也会更少。早先发现的不同化石,实际上可能代表着同一个不断进化的世系中出现的变化。现在,这些化石被认为分属不同的物种,如能人 (Homo habilis)、直立人 (Homo erectus) 等。

就像今天人类看起来千差万别一样,原始人之间的体貌特征也有差异。而它们遗留下来的骨骼之间相似性很小,或许导致科学家们误以为它们来自不同的物种。得出以上这个结论的关键是 2005 年发掘出的一颗头骨,简称为“5 号头骨”。科学家形容它是“世界上第一颗”年代如此久远的,“保存完好的成年原始人头骨”。不像其他人属化石,这块头骨有若干项原始的特征:像猿的长脸,牙齿大,脑腔极小,只有现代人类的大约三分之一。与一些猜测相反,这印证了早期的原始人不需要很大的脑容量就能走出非洲。

新闻来源:

躲猫猫:认识婴儿大脑的窗口

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Peek-a-boo: A window on baby's brain

A baby's first smile is an exciting moment. But what can it tell us about their understanding of the world?

新闻来源: http://www.bbc.co.uk/news/health-24553877

周五 (2013-10-18)

# 科学家证实了海森堡的直觉

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80 年前,海森堡第一次提出了他的测不准原理——在量子力学中,你无法同时获得粒子精确的位置和动量,换句话说,在量子力学的世界中,你观测一个物理对象时不可能不影响到该对象本身,或者说,测量一个对象的过程已经干扰到了对象本身。但是,他提出理论时主要是依靠直觉,并没有给出证据。

2013 年 10 月 17 日发表在 Physical Review Letters 上的一篇研究论文,用更精确的公式证明了不确定性原理。他们的工作对量子加密和计算领域很重要,进一步证实了量子加密的信息可以很安全地传播,不用担心传递信息的系统影响到信息本身,更不用担心传输中被破解。

新闻来源: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131017114327.htm

研究论文: 10.1103/PhysRevLett.111.160405

# 世界上最蓬松的的兔子

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图中的这只安哥拉兔子是目前你能见到的最蓬松的动物,不是吗?安哥拉兔子源自土耳其,是世界上最早驯化的句子。它在 18 世纪中期因为法国皇室的青睐而开始流行,最早于 20 世纪初出现在美国。它以其毛发的长度而著称。

新闻来源: http://io9.com/precise-measurements-reveal-that-this-is-the-worlds-fl-1447238570

# 2032, 小行星再撞地球?

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乌克兰天文学家刚探测到一颗小行星正往地球奔来——它直径约 410 米,大致于 2032 年八月 26 日抵达地球。虽然碰撞的风险很小,但它是目前威胁到我们这颗星球最危险的天体。

美国航天局的近地天体网站添加了一个都灵指数,这是一套用来衡量近地天体撞击地球的指标,包括小行星和彗星。都灵指数介于 0 到 10 之间, 0 表示毫无影响, 10 表示会产生全球性灾难。这颗新发现的小行星叫 TV135, 它距离地球最近的时候可能有 170 万公里,如果它真的撞上了地球,则可能会施放出约 2,500 百万吨级的 TNT 能量,这大约是目前最大的原子弹能量的 50 倍。不过,别担心, TV135 的都灵指数只有 1. 而另一颗叫 VK184 的小行星在 2048 至 2075 年会有约 1750 分之一的几率撞击到地球,它的直径约 184 米。

新闻来源: http://io9.com/astronomers-discover-a-massive-asteroid-that-could-hit-1447068835

# 世界上最薄的玻璃仅有单个分子厚

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康耐尔大学研究者及其国际团队最近刷新了一项吉尼斯世界纪录,他们发现了世界上最薄的玻璃,如图所示,该玻璃折弯后可见到原子重新排列的距离。

尽管玻璃是很常见的材料,但对它的研究也很难。玻璃是一种非晶态固体,它的原子排列象晶体一样紧密,但又象液体一样无序。对于这种最薄的玻璃,可以用一种新方式来观察逐个原子的破裂方式。该玻璃的折弯、融化均是在扫描电镜下进行。该项研究可用于按原子排列的方式来制作强度更高的玻璃,或者更耐用的晶体管。

新闻来源: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131015095638.htm

ITER 获得新的进展

周四 (2013-10-17)

# 物理学家计划将光线打结

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上图中桔色的呈三叶草状是光路形成的纽结,它被包含在紫色的磁场中,图中的蓝色线条为磁力线,旁边的切面显示的是三中草状纽结的投影形状。这副插图显示的是想象中的光路纽结的形状,科学家们相信很快可以在实验室中制造出来。

美国、波兰和西班牙科学家通过计算,发现了麦克斯韦方程的一组新解,从而可以让光路打结,不再扩散,或者在传播中不再改变其特定的拓扑属性。研究人员称,如果这样的光路纽结成真,则可用于捕获原子,或者在等离子体中或量子流体中也制造出类似的纽结来。

麦克斯韦方程的这组新解有一组场线可描述所有的“环面纽结”和“连通”。环面纽结和连通都是拓扑学纽结理论中的概念,环面纽结可以依附在一个环面上,连通是这种纽结的集合。

科学家相信,使用紧致聚焦的拉盖尔-高斯光束有可能在实验室中制造出这样的光路纽结。一旦这样的光学纽结制造成功,其应用会很广。物理学家已经在研究如何使用聚焦的拉盖尔-高斯光束来捕获超冷原子。将这样的纽结应用到等离子体或量子流体中,让它们成纽结状在物质中传播,则可能开辟对这类物质状态的新研究。纽结理论原来只局限在数学上的拓扑学中,现在,它在物理学家那里也越来越重要了,它可应用于描述物理系统的行为,包括液体晶格及超导体等。

新闻来源: http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/oct/16/physicists-tie-light-into-knots

# 化石扫描揭示出牙齿的起源

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动物的尖牙和骨甲,哪一个先有?多年来,古生物学家认为最早出现的是牙齿,然后才是早期鱼类保护性的披甲,它们的构成材料很相似。最近的一项研究则表明另有真相。

这方面的研究集中在一类三叠纪的无颚类动物身上,也就牙形刺生物。这类象鳗鱼一样的生物嘴中有很硬的骨刺,它的构成与牙齿质和牙釉质很相像。这种相似性导致古生物学家认为,牙齿起源于此。

但最近,英国布里斯托大学使用同步辐射上的 X-射线成像技术揭示了牙形刺化石的内部结构和成份。他们的研究揭示了牙形类生物是如何形成嘴中的骨刺,而早期牙形类生物的骨刺与脊椎动物牙齿的形成没有关系。该结果发表在本周的《自然》上。

新闻来源: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=fossil-scans-reveal-origins-of-teeth

# 用荧光抗生素揭示细菌的感染过程

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尽管手术医生非常用心,也无法保证细菌不会潜入一些医学植入物中,比如接骨螺钉,而这些潜入的细菌有可能导致非常严重的感染。今天《自然》通讯的一项研究建议,可以使用发出荧光的抗生素来显示感染情况,从而在感染严重之前做出决策。

通常,要鉴别手后的肿大是常规的,还是感染导致的,只有对植入区域的感染组织进行活体组织切片检查,而这个检查本身也是一种侵入过程。有时,有些感染可能要几年才能确诊。荷兰格罗宁根大学的微生物科学家 Marleen van Oosten 和他的研究团队使用一种荧光染料对抗生素万古霉素进行着色,可以更好地显示人体内的微生物情况,这样就可以显示出术后植入区域的细菌感染情况。万古霉素失效的细菌只有少数几种,这样,手术医生就可以排除大部分的感染因素,从而更好地应对它。 Van Oosten 团队所使用的万古霉素和染料对人体是无害的。

新闻来源:

干细胞:在体诱导获得成功

Stem cells: Reprogramming in situ

新闻来源:

银河系中卫星状的小星系可能有助于解决暗物质之谜

你的大脑为什么需要休息

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对打盹、冥想、自然散步、以及行为艺术家和运动员们的习惯的研究表明,大脑的休息可以提升创造力,重新聚焦注意力,稳固记忆,以及激发创新。

新闻来源: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=mental-downtime

周三 (2013-10-16)

# 无线数据传输的世界新纪录: 100 Gbit/s

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无论是闹市还是远郊,有线传输网络的布置代价都很大。而无线数据传输可以无视河流、高速公路或天然受保护区域的障碍,让通讯更灵便。最近一期的光子学杂志上,研究人员发表了一种新的无线数据传输方法,又刷新了无线传输的世界纪录,达到每秒 100 吉位 (100 Gbit/s) 的速度。

该项纪录由 BMBF 所资助的 "Mililink" 项目所创造。在他们的实验室中, 100 Gbit/s 的数据以 237.5 GHz 的频率能够在 20m 的距离上稳定传输。此前的记录也是由他们创造,能够在 1 km 距离上以 40 Gbit/s 的速度传输数据。数据传输率达到 100 Gbit/s 这意味着如果在两台设备之间传输一个蓝光光盘或者五张 DVD, 则可在 2 秒内完成。

新闻来源: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131015103839.htm

# 基于纳米钻石的光子开关

近期,西班牙的光子科学研究所 (ICFO) 发表在《自然》物理子刊上的一篇文章指出,单个的纳米钻石在室温下可以作为极快的单光子发射装置,故可作为光子开关来使用。

电子晶体管是现代电子学的关键设备,极大地提升了现代信息处理的速度。电子晶体管是一种半导体设备,用于放大或者切换电子信号。光子晶体管(或称作光晶体管)是一种使用光子来代替电子晶体管中载流子的新概念器件。它与如今的电子晶体管相比,就好象现代的电子晶体管与以前的真空管一样。使用光子来代替电子,不仅是因为它们传输得更快,而且因为环境对光子的影响较弱,光子晶体管极大地提升了量子运算设备的集成与实现的可能性。

以前的研究表明可以用光子晶体管操作单个分子,不过是在极低的温度下。而 ICFO 近期的研究表明,室温下纳米尺寸的钻石可以非常有效地用作受光束控制的光子开关。一种掺杂氮的纳米钻石因为其密封结构,它在室温下与惰性气体一样稳定,它可用于光子晶体管中。 ICFO 科学家发现一种新的物理机制来控制纳米钻石与光的作用——用绿色激光照射可将设备切换到打开的状态,而任何其它红外光都可将其切换到关闭状态。基于这个简单的概念,可以用很高的速度来控制光子纳米钻石。这种新技术可能惠及到量子计算机的制造。

新闻来源: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131015123656.htm

# 半导体中的巨磁阻效应与尺寸有关

近期《自然科技报道》的一篇文章声称,在砷化镓/砷化铝镓半导体系统中,巨磁阻效应依赖于设备的物理尺寸。该结果由乔治亚州立大学的物理和天文学教授 Ramesh Mani 给出。

巨磁阻效应是指在小的磁场影响下,材料的电阻率会发生巨大的改变。巨磁阻效应成功应用在计算机机械硬盘、车轮速度感应部件、无刷直流电机等产品上,其商业成就非常明显。 Mani 的研究项目受到美国能源部及军方的支持。他们发现磁场对砷化镓/砷化铝镓半导体电阻率的影响与设备的尺寸有关——尺寸较大,电阻率的改变较小,但改变速度很快;尺寸较小,电阻率的改变较大,但改变速度较慢。

新闻来源: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131015134926.htm

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