科技报道集锦

刘海明

【案例】

健康：午睡提升大脑活力？白日小憩还有哪些健康益处？

睡午觉和白天打盹是懒惰的表现？完全不是！研究显示，白日小憩可以带来许多健康好处，从降血压到改善情绪和增强记忆力。最近研究还表明，它甚至可以帮助预防心脏病。

BBC科学节目主持人莫斯利医生（Michael Mosley）在播客节目《就一件事》（Just One Thing）中，对白日小憩的好处有以下探讨和分析：

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恢复午睡习惯？

在古罗马，人们通常会午休。许多著名人物也有午休的习惯，比如，英国前首相丘吉尔喜欢睡个下午觉给自己充电；美国前总统克林顿也喜欢在各种会议之间小憩。

现如今，“忙忙忙”的生活节奏已经让午睡不再风行，但研究显示，白日小睡确实对身心健康好处多多。

上班打个盹？

身体的自然昼夜节律（也称生物钟）往往让我们在午后二、三点时精力不佳，即所谓的“午睡综合症”（也称午后犯困现象）。

越来越多证据显示，如果能顺应身体所需，而不是“负隅顽抗”，其实可以给大脑、甚至生产力带来真正益处。

研究发现，它不仅不会让你思维迟钝和犯困，还能提高学习能力和记忆力。

加州大学伯克利分校的一项研究发现，（白天）睡90分钟似乎可以提高学习新知识的能力，午睡者在晚些时候能够多学习10%的信息量。

另外一项研究发现，小睡还能提高记忆力。午睡者对复杂迷宫表现出更好记忆力，比没睡午觉的人完成迷宫的速度也更快。

由此看来，白日小憩确实似乎对学习和记忆力有好处。还有些人甚至认为，相比延长晚上睡眠时间，午睡对提高我们的生产力效力更大。

大脑仍在工作

研究人员认为，白天小憩有好处，这是因为它有助于把清醒时的经历在大脑中重新彩排一遍。帮助大脑巩固记忆力。

加利福尼亚大学尔湾分校的认知神经科学家以及午睡专家梅德尼克教授解释说，“帮助人恢复精力的20分钟小睡（power-nap，有人把它称为能量盹）当中包含所谓的‘第二阶段睡眠’，它有利于提高注意力、记忆力以及动作技能”。

随着大脑进入睡眠状态，它似乎真的对你白天早些时候的经历进行彩排，以加强处理该信息的不同神经元之间的联系。

如果时间充裕，更长的午睡还能带来更多的好处，例如，创造力与快速动眼睡眠（REM）有关，它发生在入睡后90分钟左右。REM睡眠是指大脑额叶，即大脑执行控制中心被关闭这段时间。

“这是当你可以真正开始在大脑中建立随心所欲连接的时候，这也是为什么REM睡眠被证明有助于创造力的原因”，梅德尼克教授说。

心血管假期？

午睡不仅对大脑有好处，也有大型研究显示，它还可能对心血管产生重大影响。

梅德尼克教授说，小睡可以大大缓解“战斗或逃跑”机制反应，让神经系统平静下来。“这被称为心血管假期”，她说。

的确，最近一项针对3400多名35-75岁人群的调查研究显示，与完全不午睡的人相比，偶尔午睡与心脏病发作、心衰或中风风险降低近一半有关。

如何午睡最好？

如果想感觉更清醒，即使只是小睡5分钟也能让人更有精神。

不同长度的小睡可能带来不同的好处。但梅德尼克教授说，睡眠质量最关键。

至于何时午睡，如果担心它会影响夜间睡眠，那最好不要太晚。这是因为午睡太晚将会产生更多的“慢波睡眠”，它能影响夜间睡眠。

不要因为午睡把白天所积累的一些“睡眠压力”释放掉，它是夜间睡眠的主要驱动力之一。

梅德尼克教授说，也不要完全排除上午打个盹，比如上午11点左右，这也可以帮助改善夜间睡眠，尤其是如果近日失眠的话。

当然，午睡未必适合每一个人：有些人觉得自己根本无法午睡。但如果有时间、机会，并且想尝试的话，不妨白天腾出20、30分钟小憩时间，看看这会给你带来什么好处。

区区小事有可能给身心健康带来收益，何不尝试一下？

来源：BBC中文

链接：https://www.bbc.com/zhongwen/simp/science-61497760

编辑：陶鹏辉

刘海明

【案例】

编辑：屈妍君

刘海明

【案例】

盖亚任务揭露银河系细节 公布20亿颗恒星数据

（法新社柏林13日电） 猎星望远镜盖亚（Gaia）揭露了银河系更多细节，欧洲太空总署今天发布银河系近20亿颗恒星的大量数据，要打造最准确、最完整的银河系地图。

盖亚太空任务的第3组数据，于格林威治时间上午10时向热切等待的全球天文学家发布。欧洲太空总署（European Space Agency）表示，「这彻底改变了我们对于银河系的了解」。

天文学家希望利用这些数据，更了解恒星是如何诞生和死亡，以及银河系在数十亿年间如何演化。

新数据包括恒星的年龄、质量、温度和化学成分等新资料，可以用来确定哪些恒星其实诞生于另一个星系，然后迁徙至银河系。

盖亚任务还侦测到超过10万次所谓「星震」（starquake）。欧洲太空总署表示，这导致恒星之间发生了大海啸。天文学家阿尔茨（Conny Aerts）表示，科学家能藉此推断出恒星密度、内部旋转和内部温度。

虽然盖亚只收集了银河系大约1%恒星的资讯，但已经为每年约1600篇科学报告的发表提供了基础。

盖亚太空任务于2013年由欧洲太空总署发起，目前正从距离地球约150万公里远的环绕轨道上观察星际。

欧洲太空总署表示，观察到星震是「新数据中最令人惊讶的发现之一」。这种巨大的震动会改变遥远恒星的形状。

盖亚的目的虽然并非观察星震，却依旧观察到成千上万恒星发生了这种奇异现象，包括一些至少根据人类目前对宇宙理解不应发生任何星震的恒星。

阿尔茨说，「我们挖掘到一个神奇的新金矿，也就是对银河系中数十万颗恒星进行星震学研究」。

来源：法国国际广播电台
链接：https://www.rfi.fr/cn/%E7%9B%96% ... F%E6%95%B0%E6%8D%AE

编辑：张铭麟

刘海明

【案例】

编辑：屈妍君

刘海明

【案例】

泡水后手指皮肤起皱纹的惊人好处

花几分钟的时间泡在浴缸里或在游泳池里划水，你的手指会经历戏剧性变化。在曾经有精致轮状表皮的地方，会发现丑陋的皮肤隆起褶皱。

这种惊人变化是我们都很熟悉的，但也令人困惑。浸泡在水中时，只有手指和脚趾的皮肤会起皱，而前臂、躯干、腿和脸等身体其他部位的皱纹不会比浸泡前更明显。

几十年来，科学家们一直在思考和研究这种由水引起的指尖和脚趾皮肤皱纹。大多数人一开始都不知道是什么原因导致了这种褶皱，但最近，为什么会出现这种褶皱，以及它可能有什么目的引起了研究人员的注意。然而更有趣的是，我们起皱的手指揭示了自身的健康状况。

在温水中——摄氏40度被认为是最理想的温度——大约需要3.5分钟，你的指尖才会开始起皱，而在摄氏20度的较低温度下，可能需要10分钟。不过大多数研究发现，大约30分钟的浸泡时间才能达到最大皱纹。

指尖起皱通常被认为是一种被动反应，当水通过渗透作用流入细胞时，上层皮肤肿胀。渗透作用是指水分子穿过膜以平衡两边溶液的浓度。但早在1935年，科学家们就怀疑这个过程远不止如此。

医生研究受过伤正中神经断裂的病人，发现他们的手指没有皱纹。正中神经是贯穿手臂到手部的主要神经之一。正中神经有许多作用，其中之一就是帮助控制所谓的交感神经活动，如出汗和血管收缩。他们的发现表明，水引起的指尖皱纹实际上是由神经系统控制的。

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20世纪70年代，医学研究进一步证明了这一点，他们提出将手浸泡在水中作为一种简单的床边测试（bedside test，指在病床边进行的简单测试），来评估神经损伤是否会影响无意识过程（如血液流动）的调节。

2003年，当时在新加坡国立大学医院工作的神经学家艾纳·怀尔德·史密斯（Einar Wilder Smith）和艾德琳·周（Adeline Chow）测量了志愿者浸泡在水中的血液循环情况。他们发现，当志愿者指尖的皮肤开始起皱时，手指的血液流量会显著下降。

他们在健康志愿者的手指上涂抹一种局部麻醉药膏，使血管暂时收缩，发现这种药膏产生的皱纹水平与浸泡在水中相似。

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曼彻斯特城市大学（Manchester Metropolitan University）的神经学家和心理学家尼克·戴维斯（Nick Davis）对指尖皱纹进行了研究，他说：“当你看着自己的手指时，这是有道理的。指尖变得苍白，这是因为血液供应从表面被收缩了。”

怀尔德·史密斯和他的同事们提出，当手浸在水中时，手指上的汗管会打开，让水进入，这导致皮肤中的盐分失衡。这种盐分的变化会触发手指神经纤维兴奋，导致汗管周围的血管收缩。这反过来又会导致指尖的肉部体积损失，从而将覆盖的皮肤向下拉，扭曲成皱纹。皱纹的模式取决于最外层皮肤，即表皮，与下面几层皮肤的固定方式。

也有人认为，皮肤的外层也可能会膨胀一点，以增加皱纹。不过仅仅通过渗透作用，我们的皮肤需要膨胀20%才能产生皱纹，这将使它们变得可怕地扩大。但是，当上层皮肤轻微膨胀，下层皮肤同时收缩时，皱纹就会很快明显起来，巴勃罗·萨伊兹·维纳斯（Pablo Saez Viñas）说，他是加泰罗尼亚技术大学（Technical University of Catalonia）的生物力学工程师，他使用计算机建模来研究这一机制。

他说：“你需要两者都有正常水平的皱纹。如果没有发生神经反应，皱纹就会受到抑制。”

但如果皱纹是由我们的神经控制的，那就意味着我们的身体对泡在水中有积极反应。“这意味着它的发生是有原因的，”戴维斯说。“它可能会给我们带来优势。”

最近，戴维斯的一个孩子在洗澡时问他，为什么手指会起皱，这让他深入研究了这种优势。在2020年参观伦敦科学博物馆（Science Museum）的500名志愿者的帮助下，戴维斯测量了他们抓一个塑料物体所需的力量。不出所料，手干燥、没有皱纹的人比手湿的人需要更少的力量，所以他们对物体的抓力更好。但是，当他们把手放在水浴中浸泡几分钟，让手起皱时，即使手还是湿的，他们之间的握力也会下降。

“结果非常清楚，”戴维斯说。“皱纹增加了手指和物体之间的摩擦力。特别有趣的是，我们的手指对表面摩擦的变化很敏感，我们利用这一信息用更小的力来牢牢地抓住一个物体。”

戴维斯的志愿者所抓的物体重量还不到几个硬币，所以所需要的握力也很小。但当在潮湿的环境中执行更艰巨的任务时，摩擦力的差异可能会变得更重要。

他说：“如果你不需要用力挤压来抓东西，手中的肌肉就不会那么累，所以可以做得更久。”

他的发现与其他研究人员的发现相吻合，这些研究人员发现，指尖的褶皱使我们更容易处理潮湿的物品。2013年，英国纽卡斯尔大学（Newcastle University）的一组神经科学家要求志愿者将不同大小和重量的玻璃弹珠从一个容器转移到另一个容器。在一种情况下，这些物体是干燥的，而在另一种情况下，它们处在一个装满水的容器底部。参与者在手指没有皱褶的情况下转移浸入水中的物品比手指干燥时多花了17%的时间。但当他们的手指起皱时，转移浸入水中的弹珠和重物的速度比手指湿而没有起皱时快12%。有趣的是，转移干燥物品时，手指有皱纹或没有皱纹并没有区别。

一些科学家认为，我们指尖和脚趾上的皱纹可能就像轮胎纹或鞋底的纹路一样。在下雨天，皱纹产生的通道有助于把手指和物体接触点的水挤出去。

这表明，人类可能在过去的某个时刻进化出了指尖和脚趾的褶皱，以帮助我们抓住潮湿的物体和表面。

领导2013年研究的纽卡斯尔大学进化神经科学家汤姆·斯莫德斯（Tom Smulders）说：“由于它似乎能在水下更好地抓握，我认为它与在非常潮湿的条件下的运动或操纵水下物体有关。”例如，当我们的祖先在潮湿的岩石上行走或抓住树枝时，它可能给了我们一个关键的优势。或者也可以帮助我们捕捉或寻找食物，如贝类。

“后者可能意味着它是人类独有的，而如果是前者，我们预计它也会发生在其他灵长类动物身上，”斯莫尔德斯说。我们在灵长类世界的近亲，如黑猩猩，还没有观察到手指皱纹，但日本猕猴的手指，众所周知，在热水中洗澡很长时间，被发现在水中浸泡后也会皱纹。但在其他灵长类动物中，缺乏证据并不意味着这种情况不会发生，可能只是因为还没有人足够仔细地观察过，斯莫尔德斯说。“我们还不知道这个问题的答案。”

还有一些其他有趣的线索，表明这种适应可能是何时在人类物种中出现。指尖的褶皱在盐水中不那么明显，比在淡水中需要更长的时间。这可能是因为在盐水中，皮肤和周围环境之间的盐分梯度较低，所以触发神经纤维的盐分失衡不那么剧烈。所以，这可能是一种适应，帮助我们的祖先生活在淡水环境，而不是沿海。

但目前还没有确切的答案，一些人认为这可能只是一种偶然的生理反应，没有适应功能。

奇怪的是，还有其他一些令人困惑的谜团——比如，女性需要比男性更长的时间指尖才会出现皱纹。还有，如果指尖有皱纹时抓干燥的物体并没有明显的缺点，那为什么我们的皮肤会在10-20分钟后恢复到正常状态呢？如果有皱纹的手指在潮湿时可以提高抓握力，而在干燥时却不会引起伤害，那么为什么我们的手指不会永久地起皱纹呢？

其中一个原因可能是皱纹引起的感觉变化。我们的指尖充满了神经，皮肤的细微改变会影响我们对触摸物体的感觉（不过一项研究表明，它不会影响我们根据触摸区分物体的能力）。

戴维斯说：“有些人对它非常反感，因为用皱巴巴的手指拿东西感觉很奇怪。这可能是因为皮肤受体的平衡改变了位置，但也可能有心理方面的因素。探究原因会很有趣。对于有皱纹的手指，我们还可以做一些其他的研究。”

但我们手指和脚趾在水中的皱纹也可以用令人惊讶的方式揭示有关健康的关键信息。例如，患有牛皮癣和白癜风等皮肤病的人需要更长的时间才能形成皱纹。囊性纤维化患者的手掌和手指会出现过度的皱纹，甚至在疾病的遗传携带者身上也会发现这一点。2型糖尿病患者把手放在水里的时候，皮肤皱纹也会明显减少。类似地，在患有心力衰竭的人身上也发现了皱纹减少的现象，这可能是由于他们的心血管系统控制受到了一些干扰。

尽管浸泡的时间相同，手指出现不对称的皱纹，即一只手的皱纹比另一只少，可能被认为是帕金森病的早期迹象，因为这表明身体一侧的交感神经系统功能不正常。

所以，虽然我们的手指和脚趾为什么会在水里起皱的问题还没有解决，但事实证明，手指皱褶会以一种令人惊讶的方式告诉医生，我们的身体可能出现了什么问题。

来源：BBC NEWS

链接：https://www.bbc.com/zhongwen/simp/science-62163407

编辑：吴漫

刘海明

【案例】

罕见的“血月”今天上演，这是一种月全食现象。除了月食和日食，还有星食，这些天文现象背后有什么原理？

11月8日出现被称为“血月”（blood moon）的一种月全食，亚洲、北美洲、中美洲、大洋洲都可以看到。

根据美国国家航空暨太空总署（NASA），这次月全食全长约一个半小时。

有别于日食，观察月全食可以用肉眼直接观看，不需要望远镜或专业设备。若错过这次月全食，下一次要等到2025年3月。

食（eclipse）这个天文现象之所以产生，是由於一个天体进入另一个天体的影子。

月食的原理

月食的产生，是当地球运行到太阳和月球中间，三者并排一线，月球被地球的阴影（分为本影和半影）覆盖，无法直接被阳光照亮。换言之，我们在月食期间看到的是地球投在月球表面的影子。

月球运行到地球不同的阴影区，会产生三种不同的月食：月全食、月偏食、半影月食。

月全食

当整个月球进入地球本影内时，就会出现月全食。部分阳光会穿过地球大气层，过滤掉了大部分蓝光，只剩下红光，让月亮呈现铜红色，就是坊间所称的“血月”。由于地球直径比月球大四倍，其阴影也更宽，因此月食可持续一个多小时。

月偏食

当月球部份进入地球本影内，就会出现月偏食。根据月食的大小，月球变暗的区域或变成暗红色丶古铜色或炭灰色，这是由于阴影区和未受阴影影响的明亮月球表面之间的对比所致。月偏食每年至少发生两次。

半影月食

当月球进入地球半影时，就会产生半影月食。半影月食较难用肉眼分辨，月球进入半影的部分越小，就越难观测，因此这种月食甚少被提及。

日食的原理

至于日食，是月球运行到太阳和地球中间时，太阳的光线被月球遮住。换言之，我们会看到月球在地球表面投下的阴影。

根据月球覆盖太阳的程度，日食也可分为三类：日全食、日环食和全环食。

日全食

太阳比月球宽400倍，但离地球也是400倍远，当太阳丶月球和地球并列在一起，月球的阴影宽度就刚好可以遮挡整个太阳。发生日全食的地方会在几秒到几分钟内，天空变得像夜晚般黑暗。

日环食

当月球离地球较远时，它看起来会“变小”，不能完全覆盖太阳圆盘，太阳没被月亮挡住的部分呈现环形，称为日环食。日环食最长可持续十多分钟，但通常也不会超过5或6分钟。明年10月将在北美和南美看到日环食。

全环食：又称混合日食，是月球刚刚达到可完全覆盖太阳的距离，形成日全食，但其後远离地球并转为日环食，又或者由日环食转为全食。全环食相当罕见，仅占所有日食的4%，上一次发生在2013年，下一次要等到2023年4月20日在印尼丶澳大利亚和巴布亚新几内亚观看。

星食

除了太阳和月亮，恒星也会出现星食（stellar eclipse）。

联星（binary star）是两颗恒星组成的恒星系统，互相围绕着共同的质心。部分联星的轨道与地球平面非常吻合，因此在其轨道的某部分，一颗恒星在另一颗恒星前面经过并遮挡了它，就出现星食。

来源：搜狐

链接：“血月”月全食是怎么产生的 日食月食到底有多少种_地球_月球_太阳 (sohu.com)

编辑：邓秋雨

刘海明

【案例】

星系在宇宙中的分布不对称？这一现象的发现有望冲击诺奖！

导读

最新研究表明，若将宇宙中四个星系连成一个四面体，该四面体形成某一种构型的概率比它的镜像构型的概率更大。如果被证实，那这将是诺奖级的成果。不过这个结论目前还需要进一步验证。

撰文｜Katie McCormick

翻译｜陶兆巍

审校｜王昱

译文来源 ｜ 环球科学

物理学家相信他们最近检测到了一个令人震惊的现象：星系在宇宙中的分布似乎是不对称的。如果这个结论得到证实，那它将为我们带来有关宇宙大爆炸时期物理规律的一些线索。

“如果真的是这样，那可有人要得诺贝尔奖了。”马克·卡米翁科夫斯基（Marc Kamionkowski）说，他是一位约翰霍普金斯大学的物理教授，也是2021年格鲁伯宇宙学奖得主，他没有参与此项研究。

研究人员把宇宙中的星系看做点，四个一组构成四面体的四个顶点。他们统计了一个数据集里的一百万个星系，发现这些星系构成的四边形中，一种“方向”的比另一种方向的多。

纽约哥伦比亚大学的天体物理学家奥利弗·菲尔考克斯（Oliver Philcox）9月份在《物理评论D》上发表了一篇论文，首次提到了这种四面体和其镜像的数量可能不一致。在同时进行的一项独立研究中，佛罗里达大学的侯嘉敏（Jiamin Hou，音译）和扎卡里·斯雷皮安（Zachary Slepian）以及劳伦斯伯克利国家实验室的罗伯特·卡恩（Robert Cahn）也检测到了这种不对称性，这项研究目前正在接受同行评审。

但是，专家认为，我们需要谨慎对待这个（仍在审核中的）巨大发现。“没有明显理由表明他们犯了一个错误，”奥克兰大学的宇宙学家肖恩·霍奇基斯（Shaun Hotchkiss）说，“但这不意味着一定没有错误。”

这种数量上的不一致违反了我们称之为“宇称”（Parity）的对称性，也就是左和右的镜像对称。如果观测结果可靠，物理学家认为它一定反映了宇宙早期状态中有一个我们还不知道的违反宇称的过程，它为宇宙中所有结构的发展播下了种子。

“这个结果真是难以置信，”卡米翁科夫斯基说，“我都不知道我该不该相信它了。我打算先等等再庆祝。”

宇宙是个左撇子

科学家曾认为我们的世界中的物理定律和镜像世界中应该是一致的。但后来，在1957年，华裔物理学家吴建雄的核衰变实验显示，我们的宇宙有轻微的手性。弱相互作用力导致了原子核的衰变，这个过程中的亚原子粒子总是有着与运动方向相反的磁力方向，因此它们像左旋螺丝一样旋转。但是它们的镜像粒子却不受弱力作用。

证明了宇称不守恒的吴建雄。图片来源：public domain

吴建雄的结果震惊了世界。物理学家约翰·布拉特（John Blatt）在给泡利（Wolfgang Pauli）的信中写到：“我们都为我们亲爱的朋友——宇称——的去世感到浑身发抖。”而泡利一开始根本就不相信这个结果。

弱力的左手性的作用是局域性的，它不可能在星系的层面上影响到宇宙。但是自从吴健雄的发现以来，物理学家们一直在寻找宇宙层面上的手性。如果说我们的宇宙在萌芽状态时经历了一些违反宇称的过程，它就可能在宇宙的结构上留下一些扭曲的痕迹。

在宇宙诞生或者接近宇宙诞生的时候，一种名为“暴胀子”（inflaton）的场充满了整个空间。暴胀子场是一种浑浊、沸腾的介质，暴胀粒子在其中不断冒泡和消失，同时它带来一种斥力。在它可能存在的短暂的时间里，它会导致我们的宇宙的直径迅速膨胀到原来的102⁶倍。暴胀子场中所有粒子的量子波动被抛出并冻结在宇宙中，构成了现在宇宙中的物质密度分布。这些物质在引力的作用下逐渐聚合成如今的星系和大尺度结构。

1999年，包含卡米翁科夫斯基在内的研究人员考虑了一种可能性：如果在暴胀之前存在不止一种场的话，会发生什么。其他的场可能产生了一些左右手性的粒子，暴胀子场与它们相互作用，假如这种作用是手性的话，那么它可能会更有倾向性得创造某一种手性的粒子。这种所谓的陈-西蒙斯（Chern-Simons）耦合会给早期的量子波动注入一种偏好的手性，它将最后演化为星系四面体分布的手性不对称。

至于这种额外的场可能是什么，有一种可能性是引力场。这种情况下，一些引力子（引力的量子单元）将在暴胀期间突出出现在引力场中，然后一种违反宇称的陈-西蒙斯相互作用将发生在暴胀粒子和引力子之间。这种相互作用会在早期宇宙的密度变化中产生手性，进而导致如今宇宙大尺度结构的手性。

这张图片大概覆盖了天空的1/20，每一个点都代表了一个星系。这幅图是由斯隆数字化巡天（SDSS）和其重子震荡光谱巡天绘制的。文中的星系数据即来源于此。图片来源：Daniel Eisenstein/SDSS-III collaboration

2006年，现布朗大学的物理学家斯蒂芬·亚历山大（Stephon Alexander）提出，陈-西蒙斯引力有可能解决宇宙学中的最大谜团之一——为什么我们的宇宙中物质多于反物质？他推测，陈-西蒙斯相互作用可能产生了相对丰富的左手引力子，这进一步会优先创造左手物质而不是右手反物质。

多年来，亚历山大的想法没有引起大家的注意。当他听到新的发现时，他说：“这真是个巨大的惊喜”。

宇宙中的四面体

卡恩认为，用早期宇宙中的宇称破缺来解决物质-反物质不对称难题是“冒险的，但又是诱人的挑战”。2019年，他决定在斯隆数字化巡天（SDSS）的星系目录中寻找宇称破缺。他并不指望能找到什么，但认为这值得一试。

为了测试星系分布是否违反宇称，他和合作者需要研究四个星系的四面体排列——四面体是最简单的三维形状，而只有三维物体才有机会违反宇称。为了理解这一点，可以看看你的手。因为手是三维的，所以没有办法旋转左手使其看起来像右手。把你的左手翻过来，让两只手的大拇指都在左边，你的手看起来还是不一样——两只手掌的朝向相反。相比之下，如果你在一张纸上描画一只左手，并剪下二维图像，将剪下的图像翻转过来，就会看起来像一只右手。二维的剪纸和它的镜像是无法区分的。

2020年，斯雷皮安和卡恩想出了一种定义四面体排列的星系的 “手性”的方法，以便比较天空中的左手排布和右手排布的数量：如下图所示，我们取一个星系，并观察其与其他三个星系的距离。如果距离延顺时针方向增加，我们就称四面体称为右手的。如果距离沿逆时针方向增加，则为左手的。（实际上定义的是给定一个顶点的四面体。）

图片来源：Merrill Sherman/Quanta Magazine

为了确定整个宇宙是否有偏好的手性，他们得在100万个星系的数据库中构建的所有四面体上重复计算——总共有102⁴那么多个四面体，计算量大到无法接受。但是，基于他们此前在一系列研究中积累的大量计算技巧，他们最终找到了快得多的算法。然后，研究人员基于保宇称的物理学定律模拟了宇宙的生成和演化过程，得到一个“假的宇宙”，然后对比了两个宇宙的计算结果。研究小组在真实宇宙得到的数据中发现了7σ级别可信度的宇称破缺，这意味着如果这个模拟的保宇称的宇宙生成过程符合真实情况，那么每生成大约1012个宇宙会出现一次我们观测到的不平衡水平。

卡米翁科夫斯基称，“他们能够做到这一点是不可思议的。从技术上讲，这绝对是令人震惊的。这是一个非常、非常、非常复杂的分析。”

菲尔考克斯使用了类似的方法（他曾与侯、斯雷皮安和卡恩共同撰写论文，提出了这样的分析方法），但是他做了一些不同的选择，并且在分析中省略了一些有问题的四面体，因此发现了一个更温和的2.9σ的宇称破缺。科学家们正在研究他们分析之间的差异。即使大家在理解这些数据上已经做出很大努力，目前各方仍然保持着谨慎的态度。

寻找确凿的证据

这一惊人的发现可能有助于我们回答关于宇宙的长期问题。但这项工作才刚刚开始。

首先，物理学家们需要验证（或证伪）这一观察。为了重复此次分析结果的宏大巡天调查已经启动。例如，正在进行的暗能量光谱仪巡天，到目前为止已经记录了1400万个星系，最终将超过3000万个。卡恩说：“这将给我们一个机会，以更好的统计数字更详细地观察这个问题。”

图片作为四面体四个顶点的罗伯特四重星系。图片来源：ESO

此外，如果违反宇称的信号是真实的，它可能会在星系分布以外的数据中显示出来。例如，世界上最古老的光线——宇宙微波背景辐射（CMB），它是早期宇宙留下的照片。物理学家认为应该可以从CMB的斑纹模式中找到类似的宇称破缺的信号。

另一个要注意的地方是在暴胀期间可能产生的引力波模式，称为随机引力波背景（SGWB）。这些螺丝纹路形状的时空涟漪既可以是左旋的也可以是右旋的。在一个保宇称的世界中，两者数量相等。因此，如果有办法测量SGWB，并证明某个方向受到概率更大，这又将是对早期宇宙中宇称破缺的另一个独立的证明。

随着寻找确凿证据的工作开始，理论物理学家将研究可能产生该信号的暴胀模型。菲尔考克斯与新泽西州普林斯顿高等研究所的理论物理学家乔瓦尼·卡巴斯（Giovanni Cabass）一起，最近用他的方法测量了一系列可能违反宇称的暴胀模型，包括那些陈-西蒙斯型的模型。(他们目前还不能肯定地说有哪个模型是正确的）

亚历山大还将他的工作重点重新放在理解陈-西蒙斯引力上。卡米翁科夫斯基，西蒙斯基金会下的纽约熨斗区研究所（Flatiron Institute）的西里尔·克雷克-萨宾诺夫斯基（Cyril Creque-Sarbinowski），他们与亚历山大合作，已经开始研究早期宇宙中的陈-西蒙斯引力如何影响今天的星系分布的微妙细节。

“有好一段时间，我像一个孤独的士兵一般独自在推动这个研究，”亚历山大说。“很高兴看到人们对此感兴趣了。“图片

原文链接：

https://www.quantamagazine.org/asymmetry-detected-in-the-distribution-of-galaxies-20221205/

本文译文首发于微信公众号“环球科学”（ID：huanqiukexue），原标题为“有望冲击诺奖！这一现象触及宇宙诞生的秘密”。译文有删改。

来源：赛先生（公众号）

链接：https://mp.weixin.qq.com/s/xvkEwXnGuw8ZD-V_RLcHPg

编辑：马源

刘海明

【案例】

《耶鲁极简科学史》：耶鲁经典之作，40个故事浓缩5000年人类求索之旅

许多人阅读的“雄心壮志”，常常溃败于书籍的厚重难读。而且越是重要的话题，大部头就越多——一个话题写大了容易，写小了难；写深了容易，写浅了难；写艰涩了容易，写有趣了难。

因此，真正一流的读物往往是“小册子”。正如《耶鲁极简科学史》，用讲故事的方式，直面科学这个最 “老大难”的话题，却比大部头更能重塑我们的“科学观”，真正讲透科学的本质。

科学的历史时间跨度大，范围广，理论多，既不好读也不好讲——

科学的跨度极大，源头可以追溯至数千年前的古希腊；

科学的历史极复杂，常常与哲学、巫术、炼金术相互纠缠；

科学的进展更是伴随着大量原理、定律……

而《耶鲁极简科学史》这本耶鲁经典之作，却能以简驭繁，以小胜大，将这一切浓缩在三百多页的小书里：

◎穿透技术和知识的“魔咒”，将科学的历程还原为一场充满惊喜的伟大冒险

对科学的固有印象，让大部分人都将科学当作少数从业者的专利，将实验室里的枯燥工作当作科学的日常，将显微镜和试管、术语和图表当作科学的伴侣。

《耶鲁极简科学史》颠覆了我们对科学的固有印象，让我们看到：科学自始至终都来自那些有趣的人，那些对大自然孜孜不倦发问的人；科学不仅有实验，也有仰望天空和俯瞰大地；科学真正的伴侣不是数据和理论，而是发现旅途中的好奇与惊喜。

只有从枯燥的技术和繁琐知识中认识到科学最核心的精神本质，将科学看成这样一场关于勇气、智慧和探索的伟大冒险，我们才能更好地理解世界、认识人类，也更好地认识自己。

一本浓缩了5000年人类探索、涵盖多个领域的极简科学史

《耶鲁极简科学史》就像一场快速的时光穿梭，追溯科学足迹，将人类5000年科学发展浓缩在短短的篇幅里。

科学被还原为一个个发现惊喜的现场。从大爆炸到数字时代的漫长演变，天文、数学、医学、化学、地理、物理、生物演化、信息技术等众多领域的演进，被化约为40个主题和人物故事。浅显的语言，趣味性极强的讲述，让每一个人都可以在轻松的阅读体验中，完成对人类5000年的探索的纵览和俯瞰。

◎耶鲁极简史的代表之作

耶鲁大学向来以通识教育著称，而本书为耶鲁一系列极简史中的代表作，该系列的撰写者中不乏世界知名大学者，影响极大。《华尔街日报》曾这样评价耶鲁极简史：“读它们的孩子，是幸运的；读它们的大人，是智慧的。”引进国内后更是广受好评，有读者说：如果我在高中获得此书，该是一件多么荣幸的事。

来源：蚂蚁过冬

链接：https://mp.weixin.qq.com/s/VniAY39-JAFVNseRxuoD4g

编辑：屈妍君

刘海明

【案例】

揭秘最古老恒星的“光谱之王”LAMOST，未来如何进阶？｜重器风华

【开栏语】

习近平总书记在广东视察时强调，实现高水平科技自立自强，是中国式现代化建设的关键。科技创新对当今中国而言，不仅是发展问题，也是生存问题。然而，推动重大科技创新的利器，要不来，买不来，讨不来。

工欲善其事，必先利其器。发展建设国之重器，对推动我国经济科技高质量发展、保障国家安全意义十分重大。

中国智慧何以打造国之重器？即日起，南方+客户端推出《重器风华》系列主题报道，立足尖端科研、重大基建、健康保障等领域，探访一系列大国重器建设现场，对话参与建设的当事人、亲历者，解码大国重器的“硬核秘籍”。敬请垂注！

日前，中国科学院国家天文台研究员赵刚团队观测到了一颗古老的特殊恒星，首次证实了第一代恒星的质量可以达到260倍太阳质量，对恒星考古意义非凡。这一发现的“幕后功臣”，便是专注于光谱观测的郭守敬望远镜（LAMOST）。

LAMOST，为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文简称，是中国天文学家自主研制的大视场兼大口径的新型光学望远镜。LAMOST发布光谱数和恒星参数星表数量已连续十年稳居世界第一，它通过亮眼的观测成绩，久居世界“光谱之王”的位置。

十年巡天，遍览星河。回顾LAMOST观星历程，它取得了哪些重要成就？推动了哪些重要的天文发现？已取得丰硕成果的它，未来又将走向何方？南方+记者专访LAMOST运行和发展中心常务副主任、中国科学院国家天文台研究员赵永恒带来独家解读，并邀请了中国科学院国家天文台副研究员邢千帆分享其依托LAMOST数据发现的最新成果。

01

最新研究：

LAMOST揭秘宇宙最古老恒星遗迹

近日，一篇发布在《自然》上的研究为天文学家恒星“考古”带来了新进展。中国科学院国家天文台研究员赵刚团队在银河系晕的一颗特殊恒星中，发现了260倍太阳质量的第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的“对不稳定超新星”（PISN）存在的化学证据。

这项研究的发现离不开LAMOST获得的海量光谱数据。

光谱如何与恒星研究产生联系？光谱就像物体的名片，它可以告诉我们物体的组成成分。比如，通过分析太阳光，我们可以知道太阳由哪些元素组成。根据光谱来鉴别物质并确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。当光谱分析应用于天文学，结合LAMOST获取的恒星光谱，便可以帮助科学家探索恒星的元素组成和元素丰度。

该论文第一作者邢千帆提到，上世纪六十年代，“第一代恒星质量可以达到太阳质量的数百倍”的理论猜想已被提出，但人们一直未能从观测上发现相关证据。

这是因为第一代恒星的寿命太“短”， 直接观测到第一代恒星的难度极大，直到今天，天文学家仍未在观测上真正看到过第一代恒星。

“早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。”邢千帆说。超新星爆发，即某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。此过程将会反应产生新的金属元素，这些释放的金属元素被第二代恒星继承并保留了下来。

“在LAMOST获得的500万条光谱数据中，我们挑选了5000多颗镁元素含量异常低的恒星。之后通过与日本昴星团望远镜开展联合观测，研究团队基于高分辨率光谱数据，从这些恒星中找到了这颗特殊的恒星，并确认了其中钠、锰、钴等十几种元素的含量。”邢千帆说，“这颗恒星的种种化学基因特征与PISN理论计算结果高度吻合。因此，天文学家认为这是一颗保留了PISN化学遗迹的贫金属星，为一直以来未能露面的第一代超大质量恒星及其演化形成的PISN提供了清晰的观测证据。”

邢千帆表示，它是现在能够直接观测到的最古老的恒星，数量极其稀少。得益于LAMOST极高的光谱获取效率，天文学家对银河系开展了人口普查式的巡天，获取了大量的恒星光谱数据，增加了光谱样本覆盖到特殊恒星的概率，让天文学家有幸能够找到这颗罕见的恒星。

只有对恒星的观测覆盖面足够广，才能更全面地了解银河系历史。邢千帆表示，有些恒星在银河系边缘，覆盖到这些恒星难度比较高。“这时，就需要LAMOST的普查本领，帮助我们发现更多边缘的恒星。”

02

十年回顾：

斩获千万量级光谱，为银河系“画像”

上述研究发现，仅是LAMOST相关研究成果的冰山一角。

LAMOST兢兢业业地观测着银河系中的星星，不断刷新着光谱数据的世界纪录，天文学家借此为银河系“画像”，让我们有机会一窥银河系的更多秘密。

在十多年前，银河系只有较少的天体获得过光谱数据。LAMOST在设计时的技术创新——4000根光纤并行可控的快速定位技术，使LAMOST成为全世界光谱获取率最高的望远镜。它可以同时观测几千个天体，在科学上开创了大规模光谱巡天的先河。

LAMOST在完成为期一年的先导巡天后，于2012年9月28日正式开启了第一期五年巡天，一步步走上了“光谱之王”的位置。

巡天第七年，LAMOST获取光谱数据量达到约1125万，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目，这对LAMOST巡天而言是具有划时代意义的里程碑事件。

2023年3月31日，中国科学院国家天文台发布了LAMOST自先导巡天至2022年6月观测获取的光谱数据共2229万条，其中，中、低分辨率光谱均突破千万。LAMOST成为世界上首个发布光谱数突破两千万的巡天项目。

LAMOST创造了多个世界纪录，其发布的光谱数和恒星参数星表数量，迄今已连续十年稳居国际第一。

“天文是一个观测学科，只有看得足够多，才能找到里边各种好玩的、奇怪的事物。”赵永恒说。

LAMOST两千万量级的光谱数据对于绘制银河系“画像”意义重大。借助LAMOST，天文学家不断获得新的发现，刷新着人类对银河系的认知。

如何找到银河系中的 “星际移民”？

依托LAMOST的数据，天文学家揭开了银河系内重元素（金、铕、铀等）超量恒星的“身世”之谜，为基于化学DNA识别银河系中的“星际移民”提供了新的线索。

银河系“小时候”是什么样子？它是如何“长大”的？

天文学家利用LAMOST的光谱数据和欧空局盖亚卫星（Gaia）观测到的恒星位置、距离和运动数据，获取了银河系迄今最为精确的25万恒星的年龄信息，从时间轴上清晰还原了银河系幼年和青少年时期的成长史，刷新了人们对银河系早期形成历史的认知。

银河系家园有多大？

天文学家借助LAMOST数据两次刷新了银盘的大小，发现人类居住的家园银河系比之前认识的大了一倍。

银河系晕长啥样？

LAMOST大样本的光谱数据给出了答案——银晕是个内扁外圆的“胖子”。

除了为银河系“画像”，LAMOST也帮助天文学家搜寻着茫茫星海中那一抹特殊星光。如上文中提到的，目前观测到的最古老的、保留了PISN化学遗迹的贫金属星；还有，天文学家通过LAMOST的观测数据发现了一颗当时人类已知锂元素丰度最高的恒星，被称为“宇宙最大的充电宝”。

偶尔，LAMOST也会极力远望，看向宇宙深处。它发现了4.2万余颗类星体，并估算出其中心黑洞的质量，对河外星系的研究同样作了重要贡献……

03

来日可期：

LAMOST有望创造上亿量级光谱纪录

回首过往，LAMOST记录和见证了我国第一个天文类重大科技基础设施的发展历程。在LAMOST成绩斐然之时，再次回顾它的成长经历，对今后规划大科学装置有着重要意义。

“2009年，LAMOST通过国家验收，此后便进入了精密调试和科学试观测。试观测就是用来判断它的科学目标是否合理。”赵永恒说，“在2011年，LAMOST开始了为期一年左右的先导巡天，此时，我们一直在和科学家们讨论，这台望远镜的观测时间该如何分配。最终决定将立项时的核心科学目标进行调整，研究银河系结构和演化被调整为第一核心科学目标。”

因为在当时，世界上还未有过大规模银河系巡天，若是专注于银河系巡天，LAMOST有望在该领做出最出色的观测成果。“这并非意味着其他观测任务不再进行，但是观测的时间分配和侧重点发生了变化。”赵永恒说。

从1996年项目启动到2011年先导巡天，十五年间，天文科学研究一直发生着变化。进入21世纪以来，银河系研究掀起了全球性高潮，在此机遇下，LAMOST银河系巡天的数据价值日益凸显。

自LAMOST方案设计初期便参与其中的赵永恒评价，验收后的十年，这座巍峨的LAMOST走过调试的艰辛，跨越测试的难关，蹚出了一条从无到有的巡天之路。无论在获取光谱数据量还是高显示度的研究成果方面，它都交上了一份收获颇丰的答卷。

过去的答卷如此精彩，LAMOST能否延续辉煌，甚至创造新的奇迹？

如今，LAMOST二期正筹划着搬家——跨越2500公里去青海冷湖。

1958年，北京天文台第一任台长程茂兰筹划在北京周边兴建天文台，北京周边的兴隆晴夜数多、夜天光背景暗、大气稳定，符合台址要求。因此，上世纪60年代初便在兴隆建观测站。2008年，LAMOST也落户兴隆。

无奈随着时间的推移，兴隆站发生了不少变化，影响了天文观测的效果。“一方面由于气候变化，如今兴隆的晴夜数在减少，这意味着可用于天文观测的时间变少了；另一方面，兴隆县城越来越亮，光污染变强，这就导致许多暗的星星看不到了。以上种种因素削弱了LAMOST的科学效能。”赵永恒说。

而冷湖拥有大量的晴朗夜空，并进行了暗夜保护，可以称得上是一片“天文沃土”。

除此以外，还有一个重要因素，那便是冷湖绝佳的视宁度可到达世界级水平。光学视宁度无疑是天文观测中最受关注的台址参数。视宁度反映了大气的稳定性，通俗来说，视宁度越好（数值低），大气就越稳定，星星眨眼越慢，这时星象就越清晰。

“兴隆的视宁度平均2角秒，而冷湖的视宁度在0.75角秒附近，与目前公认的最佳天文台选址夏威夷大岛天文台的水平相当。”赵永恒说。

如果搬去冷湖，有望让LAMOST的光纤数量有望破万。赵永恒解释：“冷湖的视宁度优于兴隆两倍多，相当于星象清晰了两倍多。目前，在兴隆的16台光谱仪能放4000光纤，搬过去时可换成1角秒光纤，光纤变细，那么数量就能翻倍到8000。”

如此大体量的望远镜，搬家难度高吗？事实上，LAMOST在最初设计时就具备前瞻性，考虑到了未来可能换址的情况。“现在LAMOST的61块1.1米六角形光学镜面都是拼接组合，每年做镀膜时会进行拆装。搬家相当于各部件拆分后换地方组装，难度不算高。”赵永恒说。

若是搬迁后，LAMOST光谱仪的数量拓展、望远镜口径提升，LAMOST的巡天效率将进一步提高。最终，巡天规模有望实现从千万条光谱突破至上亿条光谱。

“千万级的光谱数据纪录由中国创造，希望未来上亿的光谱数据也由我们创造。”赵永恒展望，“现在，LAMOST处在光谱巡天望远镜的国际第一梯队，大家都是你追我赶的状态。若LAMOST搬迁后的扩建设想得以实现，它将在世界上处于绝对领先优势，可以做到力压群雄。”

来源：南方plus

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编辑：洪韵

刘海明

【案例】

冥王号取回外星物质，舱盖打开后，科学家们倒吸了一口凉气！

当从小行星本努取样返回地球的冥王号样本舱盖子打开时，科学家们倒吸了一口凉气！这是美国宇航局NASA推特上的描述，下面附了两张照片。

当我看到第一张照片的时候，也是倒吸了一口凉气，估计很多人和我一样，脑子里突然就浮现出科幻电影《异星觉醒》里的恐怖场景。无人探测器从火星取回土壤返回地球，送到轨道上的国际空间站里，结果一个休眠的外星细胞生物苏醒后逐渐长大，被称为凯文。

但后来隔离罩里氧气泄漏，导致凯文进入休眠，科学家也是这样通过橡胶手套将手伸进玻璃罩里，试图用电击唤醒它。

但凯文瞬间就缠住了科学家的手指，并弄碎了他的指骨，最后逃出玻璃罩，大闹空间站，杀死所有宇航员后，又搭乘救生艇降落到地球的海洋里……

你是不是有些不寒而栗？不过NASA科学家倒吸一口凉气，并不是因为担心打开样本舱，里面跳出来一个外星生物，而是因为在里面发现真的取到了外星物质，在“盖子和底座内部”都发现了“深色的粉末和沙子大小的颗粒”，因而激动得倒吸一口凉气。

这是人类历史上第一次从小行星上取回了这么多物质，此前日本两个隼鸟号探测器，都只是取到了微量外星物质，隼鸟号有1500颗微粒，甚至无法称重，隼鸟二号5.4克，好在抢到了历史上第一次从月球以外的天体上取回物质这一荣誉。

冥王号（OSIRIS-REx）是2016年9月8日发射的，2020年10月20日在小行星本努上“触地得分”，5秒钟内“抢”了一坨东西后，就赶紧升空离开，之后开始向着地球方向“逃”去。

之所以要像打劫似地抢，而不是登陆后砌上一杯咖啡慢慢“挖”，不是担心上面有外星人拎着打狗棒守夜，而是离地球太远，信号单边就要走18分钟，只能设计为自动取样，只给5秒钟的时间，是为了最大限度地避免探测器撞毁在小行星上。

又过了差不多3年，冥王号才返回地球轨道，将样本舱扔下，9月24日降落在犹他州测试训练靶。据估计，样本质量最高可能会有2公斤，最低也在60克以上。

为了取到这区区两公斤外星物质，NASA整整花费了近10亿美元（含火箭），比黄金贵了不知多少倍，整个行程达62亿公里，相当于从地球到太阳21个来回。

目前冥王号已离开地球轨道，去执行它的下一个任务，拜访小行星阿波菲斯，并顺便“调戏”一把。冥王号将降落到阿波菲斯表面附近，用自己的推进器“尾气”去“撩”一下小行星，看看吹开的地表下有什么物质。

为什么要去探测阿波菲斯呢？因为这家伙也是一个极其危险，有可能与地球相撞的小行星，曾有计算称它2029年与地球相撞的几率高达2.7%，比起目前撞击几率最高的本努的2700分之一还高得多，不过后来已排除这一可能。

目前究竟取到了多少外星物质还没有测量，科学家们已将其放进一个密封的钢制强化玻璃箱子里，准备进行复杂的拆卸工作，以取出里面的外星物质。

你的心是不是再一次揪紧了？要真有外星生物逃出来，危害地球怎么办？这个其实大可不必这么担心，小行星本努已经存在45亿年了，直径只有500米，怎么看都不像能诞生生命并演化到现在的样子，你就一千万个放心吧。

以下为科幻情节，如有雷同，纯属虚构：

NASA的科学家们打开样本舱，取出了约500克外星物质，分发给美国国内及全球一些科研机构。

一些研究发现，本努小行星的物质中存在大量水合物、碳酸盐矿物及有机物，多项研究刊登在全球顶级科学期刊上，被认为对探索生命起源有着重要的意义。

2024年初，一个神秘的预言者在互联网上发布了一个预言，说2024年12月24日，地球将会迎来世界末日，所有生命都将突然变大，细胞破裂死去。这个预言引起了全球的轰动和恐慌，但也有很多人不相信，认为这是一个恶作剧或者骗局。

2024年5月，一项研究指出，本努小行星物质中发现有痕量的碳，其电子质量大了千分之一左右，原因不明，但有可能是测量误差。

这项研究引发了全球狂热，因为人类已有知识表明，至少在半个宇宙年龄内，质子和电子质量的比例都保持在1836倍左右，电子质量不一样被认为完全不可思议，不符合这个宇宙的物理规律，但科学家们找不到任何原因。

2024年12月24日，NASA分发给欧洲某科研机构的冥王星样本被盗，样本被小偷打开后，小偷身体突然开始膨胀，流出大量血水，很快死亡。接着小偷周围的动物、植物，包括微生物都开始膨胀死亡，几分钟后整个城市的所有生命全部死亡，一天后，全球所有生命死亡，地球回归无机世界。

原因是什么已不可知，因为这颗星球上已经没有任何生命。

你实在想知道是什么原因的话，可以关注我，如果留言超过1000条，我就发一篇文章，从貌似科学的角度来解释这个宏大的科幻设定。这是一个惊心动魄的故事，也是一个悲哀的故事，它展示了人类在宇宙中的渺小和无助，也展示了人类对生命起源的探索和追求。

Don't panic！这只是我刚才随便想到的一个科幻题材。
来源：徐德文科学频道
链接：https://mp.weixin.qq.com/s/-XIif33cVXC4O6XkKtjyhg

编辑：秦克峰