飞艇下载地址-分分飞艇下载地址全世界最前沿的125个科学问题

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  由爱迪生投资1万美元于181000年创办的《科学》(Science)是美国科学不利于会(AAAS)出版的一份学术期刊,它是全世界最权威的学术期刊之一,也是发表最好的原始研究论文、以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊之一。

  在庆祝SCIENCE创刊125周年之际,该刊社宣告了121个最具挑战性的科学大问题,认为在今后1/另另有有1个世纪的时间里,让有人让有人将致力于研究处置那此大问题。

  简单归纳统计这121个大问题,其中涉及生命科学的大问题占46%,关系和地球的大问题占16%,与物质科学相关的大问题占14%以上,认知科学大问题占9%。其余大问题分别涉及数学与计算机科学、与经济、能源、和人口等。

  1999年,当时还是哈佛大学研究生的戴维·夏邦诺对原先 系中,因掠过母恒星冠部时,恒星亮度处于的微弱变化进行了测量,这是人类首次探测到此类大问题。时至今日,追踪这些 “凌日”大问题,已成为天文学家寻找地外的常用办法,而新的挑战在于,弄清那此及其大气的组成成分。比如,可能发现某颗的大气含高高氧,就可能成为有生命处于的间接。但探测那此元素的唯一办法可是我,利用恒星星光穿过大气形成的光谱,这原先 极为微弱的信号。

  夏邦诺认为,最大的困难在于,“仅能遮挡恒星很小一主次”,一颗木星大小的掠过太阳大小的恒星时,能遮挡恒星约1%的,而一颗更小的、如地球大小的可不都可不可以都可不可以 遮挡掉0.01%的。“接下来,我要 找到这颗洋葱般的‘冠部’,也可是我它的大气层,”夏邦诺说,可不都可不可以都可不可以 穿过这层“冠部”的星光光谱,才含高高天文学家要我的信息--原先 一来,可能地球大小的掠过太阳大小的恒星,可为科学家利用的恒星星光过高 百万分之一。

  尽管在今天,还可不都可不可以都可不可以 任何一台望远镜的分辨能力,能从恒星星光中追踪到那百万分之一的可用信号,但事情尚有转机。夏邦诺说,这是可能诸如木星原先 的气态巨拥有比地球更厚的大气,可是我例如的光谱形态学 也会更明显这些 。从10005年至今,哈勃、斯皮策望远镜等空间天文台可能捕捉到约40个气态巨的大气光谱。

  对于地球原先 的、绕着太阳样恒星旋转的,可能要选择它的大气成分,为地外生命的处于提供最佳,就得升级观测设备,提高灵敏度。夏邦诺目前最大的期望是,发射时间一拖再拖的韦伯太空望远镜能早日升空--按目前的计划,这架耗资1000亿美元的“哈勃继任者”将于2018年发射。

  可是我具有“手性”(chiral),即中的原子处于本身互为镜像的排列办法。当化学家合成此类时,往往得到的是含高本身手性的混合物,为简单起见,分别称它们“左手”和“右手”。奇怪的是,生物细胞通常只由“左手”构成

  有本身解释认为,这是自然界中4种基本力中的弱力决定的。粒子物理学的标准模型预言了4种基本力,其中弱力(weak force)是核子和电子间相互作用的传递者,它对左手和右手有着不同的作用,而包括引力在内的这些 3种基本力,对本身手征的作用有的是相同的。法国巴黎第13大学的贝努瓦·达尔基耶(Benot Darquié)解释说,理论上,弱力会是因为 手性本身手征形态学 的能态(energy state)稍弱于另一手征形态学 ,这些 差异通常为1/1015~1/1020。后后 ,可能本身手征形态学 的振动频率是1000THz(1THz=1012Hz),那另一手征形态学 的振动频率会差上几毫赫兹(mHz,10-3Hz)甚至几微赫兹(μHz,10-6Hz)。达尔基耶说,测量本身手征间的微小差异,将不不利于解释,为什么么生物偏好左手形态学 ,而他的研究小组也为此努力。例如测量甚至能为标准模型中,弱力理论主次的这些 参数提供准确值。

  据达尔基耶所知,他和同事是目前全球唯一进行此项尝试的团队。实际上,他花了3年时间来网罗研究所需的实验物理学家、量子理论专家和生学家。让有人让有人现在需用攻克另另有有1个大问题:首先是建造极高分辨率的光谱仪,用于测量手性的能态。目前,达尔基耶小组拥有的最好设备能探察5/1014的能量差别,比普通光谱仪的分辨能力大约要好1000万倍,眼下让有人让有人正在建造一台精度更高的仪器--要达到可不都可不可以都可不可以 高的精度,需用所有内部振动,温度波动不超过0.1℃。不仅可不都可不可以都可不可以 ,为了在所需精度上测量振动的频率,达尔基耶的实验室还使用了一台钟(molecular clock),并通过光纤与巴黎的世界时标准原子钟保持同步。

  让有人让有人面临的第1个挑战是,合成出本身手征形态学 不对称大问题足够明显的测试。这些 需用有另另有有1个较大的中心原子,可能原子理论我没了乎 们,可能中心原子较大,能将手征形态学 造成的能量差异最大化。一同,这些 被加热到气态,用于拍摄光谱时,还不容易断裂。尽管达尔基耶在努力尝试,制发明纯粹的左手或右手,但让有人让有人认为,最佳的选择可能是以甲基三氧化铼(methyltrioxorhenium)为原型,后后 用另另有有1个硫原子和另另有有1个硒原子置换该中的另另有有1个氧原子。即便最后找到了完美的测试,让有人让有人还需用一年时间来积累足够数据,以便获得可信的结果。

  可能实验结果真难解开生物手征谜团,该为什么么办?达尔基耶说,他时会太在意,可能让有人让有人建立的技术将为检验基本的物理理论提供可是我新办法。“通常,大多数精确的物理实验有的是用高能粒子或低能原子开展,而更复杂化,也可不都可不可以 处置更复杂化的大问题”。

  超弦理论(superstring theory)及这些 这些 构造“理论”的尝试,可能让可是我物理学家相信,空间的维度远不止于此。让有人让有人认为,那此额外的维度是深度1卷曲的,可是我让有人让有人根本感觉可不都可不可以 ,但它们会在很小的尺度上影响引力,使得另另有有1个物理间的作用力,稍稍主次牛顿引力理论的经典结果。后后 ,可可不都可不可以 在实验中探测到微小尺度上的引力变化,也许就能那此额外维度的处于。

  阿德尔贝格的“武器”是扭秤(torsion balance),未必可是我18世纪90年代末,英国物理学家亨利·卡文迪许首次测量所用装置的“升级版”。在这些 “现代版”的扭秤中,一根金属杆用丝线悬挂起来,可不都可不可以 扭动,金属杆的底端安放着另另有有1个探测圆盘,圆盘上钻有一系列小圆孔。在探测圆盘下方几微米处,还有另另有有1个钻有例如小圆孔的圆盘--这是吸引盘。当吸引盘转动时,小圆孔之间的盘体会对探测盘的盘体另另有有1个微弱引力,使探测盘和金属杆转动,从而扭转悬丝,使之转动大约十亿分之一度的微小深度1。

  为了确保探测盘不受地球和吸引盘引力之外这些 作用力的影响,整个装置的所有部件都需用用非磁性物质制成,后后 所有部件的冠部有的是镀上一层金,好让仪器所带电荷均匀分布。除此之外,整个装置的制作务求完美,要详细内部振动,包括停车场的车辆引起的振动。“让有人让有人最好的数据是在周末夜深 到夜深 4点之间取得的,”阿德尔贝格感叹说,“这些 点很讨厌,可能你收获最佳数据的时间很有限,弄得让有人让有人现在都成夜猫子了。”

  精益求精的设计让研究人员可不都可不可以 排除这些 影响因素,可能原先 仍能观察到探测盘的扭转,让有人让有人知道肯定有好戏上演。到目前为止,阿德尔贝格的研究小组可不都可不可以 断定,在44微米及以上尺度肯定可不都可不可以都可不可以 额外维度处于。他的另另有有1个研究生,以及全球这些 10多个小组,都正在想方设法继续向微观尺度进发。不过,究竟要多久都可不可以有所发现,取决于那此额外维度的大小。阿德尔贝格认为,可能额外维度卷曲得太厉害,“那答案可能是永远也发现不了。可能在1000微米上有可见的卷曲,那就只需一年就能发现”。

  但阿德尔贝格似乎很享受这些 充满不选择因素与挑战的过程,可能他未必这就像登山:“过程越,登顶的感觉就越美妙,无限风光在险峰嘛。”

  星系中最精准的天然冰钟表--脉冲星(pulstar)时,他嘴里蹦出了一连串的“太棒了”、“酷毙了”原先 的词来,并认为脉冲星能我就和这些 科学家验证爱因斯坦广义中另另有有1个最基本的预言--引力波(gravitational wave)。“它将为让有人让有人打开一扇观测的全新窗口,”他嚷嚷着,“除了‘光之眼’,让有人让有人还有‘质量之眼’。”

  不过令人烦心的是,就算一系列非常强的引力波扫过地球,也只会让地球直径收缩或扩张可不都可不可以 10纳米,后后 诸如美国激光引力波天文台例如建在地面上的引力波探测设备,永远无法摆脱背景噪声的干扰,过的卡车、雷暴甚至千里之外的海滩上起伏的海浪,有的是淹没引力波信号。

  后后 ,雷森和他的狂热者决定独辟蹊径,采取本身成本更低办法来探测引力波:观测脉冲星。脉冲星是密度极大的,这些 脉冲星每秒能自转数千次,每次转动都向外辐射出一道脉冲闪光--天文学家对脉冲发出时间的测量能精确到1000纳秒之内。可能甚低频(very-low-frequency)引力波会扰动脉冲星和地球之间的光阴里,是因为 脉冲时间处于偏移,后后 雷森小组打算,监测分布在全天的20个脉冲星,看可不都可不可以 探测到这些 时间偏移。让有人让有人希望,通过这些 办法,能探测到深处大质量黑洞数年一周的转动、星系相互碰撞等最强引力波源所产生的引力波。

  这项研究是由国际脉冲星记时阵列针灸学会组织的,除了雷森外,还有10多位科学家参与。热烈祝贺 是,让有人让有人时会说购买任何新设备,波多黎各的阿雷西博射电望远镜就可担此任。但坏消息是,大约要持续观测十年,都可不可以捕捉到由转动黑洞发出的引力波,目前让有人让有人只对6颗脉冲星进行了连续5年的准确计时测量。

  1千克,这本应是另另有有1个不变的。但实际上它会变化,这是可能旧有质量标准,1千克等于巴黎郊外的一间库房中,那个有120年高龄的铂铱合金圆柱的质量。谁也我没了乎 这位“千克原器”(Le Grand K)究竟是可能原子落在冠部变重了,还是可能原子从冠部脱落变轻了,唯一能肯定的是,它的质量肯定在变化--是,它的那此重量曾详细一致的复制品,现在可能有了可测量的质量差别。

  重新定义千克的基本思想是,将千克与某个精确测量的基本物理联系起来,就如同今天用真空中的光速来定义米一样:1米是光在线秒内通过的距离。这是因为 ,要定义千克,就需用选择普朗克h,可能后者是量子力学中能量量子(energy quanta)的大小,它乘上光的频率ν就得到能量,即著名的光电效应方程E=hν;接着,再用更著名的质能方程E=mc2,就可不都可不可以 得出千克质量的定义了。

  不过,选择普朗克的准确数值是个精细活,后后 目前常用的本身测量办法得到的结果还处于差异,这让上述办法止步不前。

  在这本身办法中,本身是使用“瓦特秤”(watt balance)。这些 装置未必是一架简单的天平:一端承载着1千克质量的物体,该物体质量用巴黎的千克原器精心校准过;另一端是另另有有1个倒进中的通电线千克质量与线圈所受的电磁力精确平衡,接下来就可通过一连串方程,把1千克质量和普朗克联系起来。但说起来容易做起来难,研究者不仅需用处置任何测量偏差,还需用排除这些 干扰,比如最容易是因为 误差的地球引力场等。

  目前由普拉特负责的这台瓦特秤,曾在10007年给出了普朗克最准确的测量结果之一:6.6210006891×10-34J·s,相对误差仅为36×10-9。不过,英国国家物理实验室(NPL)的瓦特秤(该瓦特秤目前被移放至国家研究委员会下属的国家测量标准学院)给出了与NIST稍有差异的结果,区别未必很小,但无法用实验误差来解释。

  另本身常用办法是,计量一块同位素纯(isotopically pure,指可不都可不可以都可不可以 杂质且只含高本身同位素的单质)样品中的原子数目,由此选择阿伏伽德罗(Avogadro constant,12克碳12原子含高的原子数目)的数值,而这些 数值可通过另一套方程换算成普朗克。10008年,联邦物理技术研究所(Federal Institute of Physical and Technical Afirs)的科学家用另另有有1个近乎完美的1千克进行了实验。这些 个多多由99.995%纯硅28制成,让有人让有人用高精度激光仪选择球的体积,再用X射线衍射选择的晶体形态学 ,以便能在更高精度上对原子进行计数。目前,让有人让有人测出的阿伏伽德罗的数值为6.02214082×1023,相对误差低至1000×10-9,由此换算得到的普朗克与NPL瓦特秤的结果相吻合,但与NIST的结果不一致。

  2010年,普朗克的推荐值是6.6210006957×10-34J·s,相对误差44×10-9。有人认为,这可能足以用于千克的重新定义了,但有的是更挑剔的人要等各种测量结果吻合得更好这些 、测量误差范围缩小到20×10-9以下,才可不都可不可以 重新定义。

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