存档

‘科学·技术’ 分类的存档

关于暗物质我们究竟知道些什么?

2010年5月24日 心亘 2 条评论

神秘而不可见的物质维系着宇宙免于分崩离析,但它们到底是什么?

宇宙并不遵循“所见即所得”的原则。事实上,我们所看到的物质——恒星、气体和尘埃——仅仅占据了宇宙质量的10%。这些可见的普通物质由质子、中子和电子组成。科学家们把它们称为“重子物质”,因为质子和中子在亚原子粒子中被称为“重子”。 宇宙物质的其余90%则是“暗物质”,它们包围着宇宙中的每一个星系。

暗物质不发射、吸收或者反射任何波长的光线。因此这些神秘的物质是看不见的,但天文学家通过探测它们和普通物质之间的引力相互作用得知了它们的存在。

[图片说明]:大质量的星系团阿贝尔2218为科学家提供了暗物质存在的证据。通过星系团周围的弧线——背景星系扭曲的像,天文学家发现其中必定还含有更多看不见的物质。版权:NASA/ESA/Richard Ellis (Caltech)/Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrenees, France) 。

在黑暗中搜寻

瑞士天体物理学家弗里茨·兹维基(Fritz Zwiky)在1933年第一个提出了暗物质的存在。当他研究后发星系团的时候,发现星系间的引力太小无法维持住整个星系团。

有关暗物质的下一波证据则出现在20世纪70年代。天文学家测量了旋涡星系中不同恒星的速度,并且由此画出了描述速度和它们到星系中心距离之间关系的“旋转曲线”。原先认为,速度会先增大达到一个峰值,然后随着远离星系中心而逐渐减小——但测量的结果却并不是这么回事。观测发现,速度确实会先增大达到一个峰值,但之后随着距离的增大它却基本保持不变,即平坦的旋转曲线。在星系的外边缘恒星的速度之高使得它们早就该飞出了星系。但是它们却没有。必定是科学家们没有探测到物质维系住了这些恒星的轨道。

一个质量非常大的天体——例如,星系团——可以做为引力透镜。因此在一些星系团的周围会出现许多“弧线”。它们是背景的星系所发出的光被前方的星系团引力扭曲、放大后所产生的像。通过研究这些弧线的大小和形状,天文学家就可以确定出星系团的质量。把计算出的质量和星系团中发光星系的总质量相比较,就能确定出星系团中存在多少暗物质。

[图片说明]:星系的旋转曲线。蓝线为实际测量结果,红线为理论计算结果。从观测结果可以看出,当恒星距离星系中心较远时,它们的公转速度几乎相同。

暗物质的其他证据则来自星系团之间的碰撞。子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。当星系团碰撞时,星系团中的绝大多数星系会不受影响的彼此穿过,因为它们之间有相当大的间隙。星系团中的高温气体占据了重子物质总量的绝大部分,而普通物质之间会通过电磁力相互作用。因此,当它们碰撞的时候,就会以辐射的形式损失能量——在子弹星系团中则是释放出X射线辐射。于是高温气体就会减速。天文学家使用引力透镜间接地探测了子弹星系团中不可见物质的分布,发现在碰撞的过程中它们也能不受影响地彼此穿过。由此证明了暗物质的存在。

随着新探测方法的涌现,有关的证据也正在不断增加。然而,探测暗物质的分布是一回事,了解这些神秘物质的性质又是另一回事。

与众不同

多年来,天文学家们认为暗物质是由死亡的恒星、黑洞以及其他已知的不发光天体所组成的。他们使用微引力透镜来探测了这些物质。这一方法和引力透镜类似,唯一的不同是起到透镜作用的引力体质量要小得多。这一天体的引力除了会使得来自后方的光线被弯曲之外,它们还会放大光强。通过这一办法天文学家确实发现了一些被称为“晕族大质量致密天体”的物质,但它们不足以解释宇宙中所有缺失的质量。

于是,如果暗物质并不是由普通天体所构成的,那么它们极有可能就是由非重子粒子组成的,也就是说组成它们的并非是我们熟悉的普通物质(质子和中子)。天文学家将非重子暗物质划分成两类:热的和冷的。虽然借用了这两个词,但是它们和温度无关。“热”意味着在早期宇宙中这些粒子的运动速度极高——接近光速。“冷”则说明它们在早期宇宙中的速度要小得多。

那么,粒子的运动速度又是如何和暗物质的成分扯上关系的呢?宇宙中运动速度较慢的粒子会先聚集形成较小的结构。这些较小的结构会碰撞和并合成更大的结构,最终形成我们今天观测到的大质量超星系团。天文学家相信我们宇宙中的结构正是这样发育和演化的。他们使用冷暗物质来模拟宇宙的演化,结果可以形成和今天我们观测到相同的结构。

[图片说明]:子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。其中普通物质——高温气体(粉色,X射线波段)——会碰撞、损失能量、运动速度变慢。星系团中的暗物质(蓝色,引力透镜观测)间相互作用很弱,可以彼此穿过。版权:X射线:NASA/CXC/CfA/M.Markevitch;可见光以及引力透镜:NASA/STScI/Magellan/U.Arizona/D.Clowe/ESO/WFI。

那冷暗物质是什么?科学家们还不确定。从粒子物理学出发有许多可供选择的粒子,但没有一种恰好符合暗物质的要求。虽然并不是专门为暗物质而生的,但这些假想中的粒子具备暗物质所需的全部或者至少一部分的属性(质量、丰度、寿命以及相互作用方式)。

数十年来,物理学家一直致力于统一引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。在过去的30年左右的时间里,发展出了超对称理论。这一理论预言,每一种普通粒子都具有一种尚未被探测到的大质量“超对称伙伴”粒子。

超对称所预言的粒子是目前主导的暗物质候选粒子。这些粒子具有质量和弱相互作用力,但它们不参与电磁作用。由此这些弱相互作用大质量粒子(WIMP)可以和普通的原子核发生碰撞,并且在不发射和吸收辐射的情况下散射它们。最轻的WIMP被称为“渺中子”(neutralino),是最有人气的暗物质候选者。

另一种常见的冷暗物质候选者则是轴子。它也是一种假想中的粒子,但并非来自超对称理论。轴子并不是一种“物质粒子”,而是一种力的载体,类似于传播电磁力的光子。它要比WIMP还轻得多——最多只有后者的十亿分之一,因此为了构成暗物质宇宙会需要比WIMP多得多的轴子。

你也许会想,既然有那么多的冷暗物质粒子,WIMP和轴子应该很容易被发现才是。其实,由于它们不参与电磁相互作用,因此要想探测它们就必须要把现有的实验推向极致。

如何捕捉冷暗物质

探测暗物质的方法取决于科学家想寻找它们中的哪一种(WIMP还是轴子)。寻找WIMP的科学家试图在探测器中通过直接观测它们和普通物质的相互作用来捕捉它们。WIMP和原子核之间的碰撞会导致原子核运动或者被散射。

另一种办法则是间接探测暗物质。WIMP的反粒子就是它本身,因此如果两个WIMP相互作用就会湮灭产生一系列的次级粒子。天体物理学家可以观测到许多这些次级粒子,例如电子、正电子(电子的反粒子)、γ射线和中微子。

[图片说明]:渺中子湮灭产生次级粒子。当两个渺中子发生碰撞就会产生夸克、轻子和玻色子,它们又会通过低能光子、γ射线和衰变过程产生正电子、电子、中微子、反质子和质子。版权:Gregg Dinderman。

探测轴子的方法则和探测WIMP的完全不同。当轴子从探测器的磁场中穿过的时候,它会转变成光子。

除了探测冷暗物质粒子之外,一些科学家还试图在实验室里制造出这些粒子。为此他们必须要拥有极高的能量,目前只有粒子加速器才可以做到这一点。在2009年底世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机重新投入使用之后,科学家们就应该可以借此来寻找这些构成暗物质的假想粒子。

追捕WIMP

天文学家相信,银河系明亮银盘的周围有一个球形的冷暗物质晕(绝大多数其他的星系也是如此)。当我们的太阳系在绕银心转动的时候,就会穿过暗物质的海洋。此时,这些粒子并不是和地球碰撞的唯一物质,由普通物质组成的高能宇宙线也会不断地轰击地球。来自太阳和其他遥远天体的辐射也是如此。

为此,科学家们把用于寻找冷暗物质的探测器都置于地下,由此来阻隔宇宙线的干扰。其关键是要能隔绝“背景噪音”并且能探测到暗物质粒子和普通物质的相互作用。如果他们做不到第一点,那就必须要有办法来区分噪音和WIMP。

一些科学家认为,在地球表面一平方米的面积中每秒钟大约会有6亿个WIMP穿过。但是它们的相互作用非常微弱,那么如何才能“看”到它们呢?一旦WIMP和普通粒子发生了一次罕见的碰撞,它就会把一部分的能量转移给探测器物质中的一个原子核,于是这个原子核就会发生运动——反冲。反冲的大小则反映出了这个WIMP的能量。在现实中,可以用几种不同的方法来探测这一反冲。

一类探测器会使用接近绝对零度(0.01开)的晶体。晶体具有一定的结构,因此当一个WIMP撞上原子核的时候,原子核会反冲进周围的结构中。在这一碰撞中,反冲的原子核会将它的部分动能转化成热能造成晶体振动。低温的环境正是为了确保探测到的振动仅仅是由于入射粒子的相互作用而造成的。当然,科学家们还会探测到除了WIMP以外的东西,因此绝大多数的探测器都会采用多种方法来确定这是暗物质粒子相互作用还是其他的东西。

[图片说明]:间接探测WIMP。WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会散射原子核,进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。版权:CDMS。

另一种直接探测的方法则是使用气泡室——一个盛放有特定液体的容器。当WIMP击中原子核的时候,就会产生一个微小的气泡。随后通过测量气泡的变大过程,就能确定发生相互作用的是WIMP还是普通粒子。

如果WIMP的信号随着时间有年的变化,那将会是确实探测到它的可靠依据。这是因为地球在绕太阳转动。6月份,地球的运动方向和太阳系绕银河系运动的方向相同,因此探测到的信号数量会上升。12月份,地球的运动方向与之相反,探测到的信号数量就应该会有5%~10%的下降。这一差别将帮助科学家从背景噪音中区分出WIMP,因为背景噪音终年不变而WIMP的信号则会有起伏。

几年前以及2008年“暗物质”实验的科学家小组宣布,通过测量这一起伏找到了WIMP存在的证据。但不幸的是,他们仅仅使用了一种探测方法,因此很难区分背景噪音和WIMP的信号。另外,其他的探测实验没有一个重复出了他们的结果。在科学中,如果其他的小组无法重复出一项发现,那这极有可能是实验的误差。

WIMP的间接信号

到目前为止直接探测还没有发现WIMP。因此科学家们还在寻找来自暗物质候选者的间接信号,以此来补充直接探测。渺中子湮灭会产生电子、正电子、γ射线、中微子和其他粒子。科学家可以使用特殊的探测器来探测它的每一种产物。

为了能相互湮灭,渺中子(或者其他WIMP)必须要达到较高的密度,这一情况通常需要有大质量天体的参与才会出现。

太阳或者地球附近的一个WIMP可以和普通物质的原子核发生碰撞(类似于探测器中)。WIMP会失去能量,进而它的速度会降低到小于太阳或者地球的逃逸速度。如果这一现象发生,WIMP就会无法逃出天体引力场的束缚。这个WIMP进而会继续和其他的原子核碰撞,直到它落入太阳或者地球的中心。

在天体的核心处,WIMP的密度会非常之高,它们自身之间的碰撞会产生次级粒子和辐射。一些地下的实验装置——例如日本的超神冈——就可以探测其中的中微子。WIMP的碰撞并不是地球附近中微子的为一来源,太阳也会产生中微子。但中微子探测器可以从太阳中微子中区别出WIMP湮灭产生的中微子,因为后者具有的能量更高。此外,探测器越大,能探测到的中微子就越多。下一代的中微子探测器“冰立方”目前正在南极兴建,它会覆盖一立方千米的巨大空间。

搜寻WIMP湮灭产生的γ射线也极具前景。这一γ射线会具有特定的能谱,而这一能谱又取决于WIMP的质量。费米γ射线空间望远镜将会探测到这一能谱并且为暗物质提供间接的观测证据。

轴子在哪里?

WIMP目前也许在冷暗物质的候选者中处于领跑地位,但它并不是全部。轴子也具有很大的可能性。

轴子探测器通常包含有两部分:一个有磁场贯穿的空腔和一个放大天线。按照理论,当一个轴子穿过这个空腔的时候,它会转变成一个微波光子。这个光子的频率正比于轴子的质量。然而,科学家们还无法确定轴子的质量到底是多少,这就意味着他们还无法确定应该在哪个频率上进行寻找。使用天线和放大器,科学家可以扫描整个微波波段,由此来寻找有别于背景噪音的信号。

探测器的灵敏度正在逐渐达到可以从背景噪音中探测出轴子和WIMP的程度。虽然还没有探测到,但科学家们正在倾其所能来搜寻暗物质。随着在下一个十年更为先进的探测器投入使用,宇宙学家们一定会有一个惊喜——无论最终的探测结果是好还是坏。

(本文已刊载于《天文爱好者》2010年第3期)

分类: 科学·技术 标签:

震撼人心的新科技(如果实现)

2010年1月11日 心亘 没有评论

以下是一段视频,长达13分52秒。但是,我相信你一定不会错过任何一秒。哪怕是它有关于科技,演讲人有浓重的印度口音,但是它如此贴近我们的生活,如此关怀人性,努力把人从“机器前的机器”里解放出来,以至于你会目不转睛地看完这段实况,而且遐想翩翩,愿意努力活到22世纪。

如果说,Windows系统的图形化界面把人们从Dos系统下解放出来,用更符合直觉和人性的方法让人们对电脑进行操作是一次新技术的跨越的话,那么视频里这套Prarnav Mistry提供的第六感(Sixth Sense)装置,则是另外一次意义更为深远的腾跃。和它相比,目前甚嚣尘上的所谓“物联网”,只是这个新技术的小小注脚,无论在深度还是广度上,都无法与之比拟。

网络和电脑技术,终于使得数字世界和现实世界全面融合,人类升级为真正意义上的数位人!新时代就要开始了!

Dropbox免费网盘高级使用技巧

2010年1月4日 心亘 没有评论

DropboxLive Mesh都是常用的网络存储服务,可以实现多台电脑上共享和同步文件,微软的Live Mesh提供的空间是5GB空间,而Dropbox提供的初始免费空间是2GB,可以通过邀请增大到5GB,两个网络同步软件各有千秋,但我感觉Dropbox更为好用一些,这里,我就介绍一下我在使用Dropbox的过程中总结的几个小技巧。

1、同步任意文件夹

Dropbox安装完成之后,通常会在你电脑上建立一个My Dropbox文件夹,放到这个文件夹里的文件才进行同步。这点不如Live Mesh好用,至少Mesh可以同步例如“桌面”等指定的文件夹,而Dropbox只能同步固定文件夹,为了解决同步其他文件夹的问题,需要使用junction/mklink工具来解决。

对于Windows XP用户来说,微软就提供了一个小工具junction,可以在NTFS系统中创建和删除一个junction目录,该目录和原始目录的内容一模一样,如果你对其中任意一个文件夹里面的内容做修改,另一个也会相应的改变,junction目录是NTFS文件系统的一个特性,但Windows XP没有工具对其进行操作,需要点这里下载一个exe文件才能使用。在Windows 7系统下已经内部支持,其命令为mklink,使用方法和junction相同。

例如,我们可以执行junction “E:\My Documents” “E:\My Dropbox\My Documents” ,命令的意思是创建一个名为E:\My Documents的junction目录,指向E:\My Dropbox\My Documents,该命令瞬间执行完成,而两个目录则完全相同,这样我们就可以使用E:\My Dropbox\My Documents这个目录来替代“我的文档”中的目录。

对于Dropbox来说,只能按照如上的命令建立junction目录,而不能在My Dropbox目录里创建junction目录,经过我的测试,My Dropbox目录里面的junction目录只能同步一次,之后修改加文件都不同步,无法实现同步更新。

2、同步MSN和QQ记录

如果我们同时在家里和公司上MSN和QQ,就会遇到一个麻烦问题,就是聊天记录不同步,公司一处,家里一处,使用Dropbox可以实现两地的聊天记录同步。

首先按照上面的操作将My Documents我的文档目录设置为junction目录,实际文件放到My Dropbox目录中,接着,在QQ和MSN中设置默认保存文件和聊天记录的位置在“我的文档”中,这样,用户所有聊天记录都会自动被Dropbox同步,从而实现了家中和公司两处聊天记录的同步更新。

3、同步桌面

除了“我的文档”,很多人希望将多台电脑的桌面文件进行同步,经过我的测试,Dropbox无法直接同步桌面,不过,可以通过在桌面创建一个junction目录的方式实现同步,这样桌面上就会多一个实际为junction类型的“文件夹”,将工作文档或者其他文档复制到这个文件夹中,即可实现同步。

4、同步IE收藏夹

默认情况下IE的收藏夹路径为: C:\Documents and Settings\Administrator\Favorites ,我们可以通过修改注册表的方式来修改收藏夹的路径,打开注册表: HKEY_USERs\Software\Microsoft\Windows\CurrentVersion\Explorer\User Shell Folders ,而后把“Favorites”键值修改成My Dropbox目录下的一个文件夹路径即可。在多台电脑都进行这样的操作,就可以实现多台电脑自动同步IE收藏夹的功能。

5、网站自动备份

如果你也拥有一个类似“月光博客”的网站,你也会为数据的安全性而头疼,如何安全地自动备份网站数据呢?有了Dropbox,我们就有了一个网站自动备份的新方案。

对于使用SQL Server的网站来说,可以在SQL Server中设置一个自动执行任务,每天自动将数据库文件备份到My Dropbox目录里即可。

对于使用Access的网站来说,频繁读写的Access文件不宜直接放到Dropbox目录里,而采用定时复制的方法更好一些。具体操作是,建立一个BAT文件,内容是“xcopy “E:\website” “E:\My Dropbox\website” /s/e/y”,在“系统工具 – 任务计划”中新建一个计划任务,选择这个批处理文件,设置每天临晨自动执行,就可以定时自动把website目录下的网站文件(包括ACCESS文件)一起复制到Dropbox目录中的website文件夹。

这样,就实现了使用Dropbox可以自动将网站上的文件和数据库进行备份,无需手动操作。缺点是最多5G空间,不适合大网站的备份。

好了,以上就是我在使用Dropbox过程中总结的一些小技巧,总的来说,Dropbox是一个非常不错的网络同步工具,Live Mesh相比Dropbox来说有几个缺点,比如只支持Windows,不支持Linux、Mac,兼容性较差(例如在我公司的电脑上安装Live Mesh就报错,无法安装),另外Live Mesh的界面有待进一步优化。

Dropbox的默认空间是2G,如果你也想使用Dropbox,点这里注册Dropbox帐号可以获得2.25G的空间,如果你邀请其他用户使用的话,每邀请一个用户注册也可获得250M空间,最大到5G空间封顶。转载自月光博客

分类: 科学·技术 标签:

推荐:Dropbox,快速的5GB网络存储分享空间

2009年12月30日 心亘 3 条评论

推荐一个快速、稳定的在线存储空间:getdropbox,写这篇日志的另一个目的是为了给自己扩容dropbox空间。

Dropbox存储空间申请地址:https://www.getdropbox.com/

Dropbox是一个供跨平台(Linux,Mac OS,Windows)的网络在线存储、同步以及分享的客户端软件,在Linux下确切说是nautilus的一个插件,目前新注册用户在注册后,即可获得2GB的免费存储容量空间,Dropbox安装后,将在你指定的目录下生成一个虚拟的目录”Dropbox”,把需要同步上传的东西往里放就可以,省事、省心。

dropbox下载:https://www.getdropbox.com/downloading

目前Dropbox提供Linux平台的.rpm .deb source 三种打包安装程序,Linuxer可以根据自己的需求下载并且安装。我是下载RPM后安装的,安装比较简单,不在此赘述。会在/home生成一个Dropbox目录,可以根据自己的需求将该文件夹移动到其他目录。

Dropbox 5大特色功能


Synchronization(同步)

这是一个相当吸引人的功能,通过跨Linux/mac OS/windows平台的客户端,可以在公司的windows系统电脑、家里的Linux系统电脑和自己把玩的mac OS上同步文件,只要往Dropbox的目录下丢文件,就可以在其他安装了dropbox客户端的电脑上同步自己的资料。即使你在别人尚未安装dropbox的电脑上,还可以通过web来下载你需要的资料。


Backup(备份)
一般的在线网络存储服务是不会提供用户端的备份功能的,而Dropbox为用户提供了一个ISO文件管理系统的版本控制功能,如果你将文件中的一些内容删除了,结果后悔了,你可以通过“Revisions”中的“Restore“,来还原自己需要的文件版本。


Sharing(共享,外链)

存储在Dropbox中的音乐、照片或者其他文件,可以分享给你的同事和朋友,而且不一定要对方注册dropbox帐号,同时也相当于给写博客的朋友提供了一种文件外链下载服务。需要注意的是,如果你要在你的博客等地方提供外链下载的话,一定要将文件放在Public或其子目录下。


Speed(速度)

你将一个巨大文件作出修改的时候,dropbox在后台只要更新修改过的部分,不需要将一个很大的文件重新上传、下载一次,这样大大节省了同步更新的速度。另外再说上传和下载速度,使用了TCP协议,TCP协议的好处是不会抢占速度,文件传输完成,根据个人的宽带使用情况自动调整,如果是在局域网内使用,也不会和其他电脑抢占频宽,很有公德心。如果是下载一个文件夹,在下载时候,会下载到一个zip压缩包,如果你的文件夹内的文件没有被压缩过,这样可以在一定程度下加快下载。


Security(安全)
所有文件通过SSL传输,AES-256位加密。


另外,通过邀请好友注册
dropbox帐号来达到扩容,每邀请一个好友注册,并使用,可以增加250M空间,最高可扩容至5GB存储空间。


如果你没有用过
Dropbox,感兴趣的话可以通过这个链接去注册一个。据说你和我都能获得250兆(MB) 的额外空间,也顺便帮我解决一下限额问题。同时也希望你和我一样喜欢 Dropbox。


Dropbox 支持平台: Windows、Mac、Linux、Web。


Dropbox 是一个在线网络存储服务,同步(Sync),共享。它的同步功能解决了我一个大问题:在多台电脑(不同地点、不同作业系统下)同步文件。以前,我一般用 U盘拷来拷去,或者用邮件发送的方式。有时候忘记了,挺耽误工作的。即便不忘记,时间长了,也会产生文件版本混乱的情况。其次就是硬件的稳定性或系统意外崩溃等情况,更多功能信息请看
Dropbox介绍


运行Dropbox 需在电脑里安装一个程序,过程十分简单。一路安装注册完成后,它会在[我的文档]中建立了一个文件夹,类似常规文件夹,文件夹内的任何改动或变化会被自动同步到 Dropbox 以及所有绑定此帐号的计算机同步。同步过程在后台运行,感觉不到它的存在。


如果你没有用过 Dropbox,感兴趣的话可以通过这个链接去注册一个。据说你和我都能获得250兆(MB)的额外空间,也顺便帮我解决一下限额问题。同时也希望你和我一样喜欢Dropbox。

点这里:快来注册吧! 转自:www.uncle.ws/2009/06/dropbox-online-storage/

Blue Moon on New Year’s Eve | 新年前夕将出现“蓝月亮”

2009年12月30日 心亘 没有评论

Dec. 29, 2009: Party planners take note. For the first time in almost twenty years, there’s going to be a Blue Moon on New Year’s Eve.

“I remember the last time this happened,” says professor Philip Hiscock of the Dept. of Folklore at the Memorial University of Newfoundland. “December 1990 ended with a Blue Moon, and many New Year’s Eve parties were themed by the event. It was a lot of fun.”

Don’t expect the Moon to actually turn blue, though. “The ‘Blue Moon’ is a creature of folklore,” he explains. “It’s the second full Moon in a calendar month.”

Right: The full moon of Dec. 2, 2009, over Turan, Italy. Photographer Stefano De Rosa notes that the blue colors are cast by Christmas lights surrounding the pictured church.

Most months have only one full Moon. The 29.5-day cadence of the lunar cycle matches up almost perfectly with the 28- to 31-day length of calendar months. Indeed, the word “month” comes from “Moon.” Occasionally, however, the one-to-one correspondence breaks down when two full Moons squeeze into a single month. Dec. 2009 is such a month. The first full Moon appeared on Dec. 2nd; the second, a “Blue Moon,” will come on Dec. 31st.

This definition of Blue Moon is relatively new.

If you told a person in Shakespeare’s day that something happens “once in a Blue Moon” they would attach no astronomical meaning to the statement. Blue moon simply meant rare or absurd, like making a date for the Twelfth of Never. “But meaning is a slippery substance,” says Hiscock. “The phrase ‘Blue Moon’ has been around for more than 400 years, and during that time its meaning has shifted.”

The modern definition sprang up in the 1940s. In those days, the Farmer’s Almanac of Maine offered a definition of Blue Moon so convoluted that even professional astronomers struggled to understand it. It involved factors such as the ecclesiastical dates of Easter and Lent, and the timing of seasons according to the dynamical mean sun. Aiming to explain blue moons to the layman, Sky & Telescope published an article in 1946 entitled “Once in a Blue Moon.” The author James Hugh Pruett cited the 1937 Maine almanac and opined that the “second [full moon] in a month, so I interpret it, is called Blue Moon.”

That was not correct, but at least it could be understood. And thus the modern Blue Moon was born.
Blue moon has other connotations, too. In music, it’s often a symbol of melancholy. According to one Elvis tune, it means “without a love of my own.” On the bright side, he croons in another song, a simple kiss can turn a Blue Moon pure gold.

The modern astronomical Blue Moon occurs in some month every 2.5 years, on average. A Blue Moon falling precisely on Dec. 31st, however, is much more unusual. The last time it happened was in 1990, and the next time won’t be until 2028.

So cue up that old Elvis record and “enjoy the extra moonlight on New Year’s Eve,” says Hiscock. “It only happens once in a Blue Moon.”

分类: 科学·技术 标签:

星座“学说”是伪科学

2009年12月30日 心亘 没有评论

中国的大学如今非常流行西方社会流传出来的星座“学说”,很多年轻学生见面先问星座,并以猜测对方性格为乐趣。我个人还遇到被人问及星座,由于和人们“预测”的不同,质问我是否告知以假的星座,实在是令人啼笑皆非。但是很让人惊讶的是,有不少公司招聘之时,以应聘者的星座不符(外加血型等)拒绝招聘——这是公然的歧视。人们不仅不以此为耻,还以为公司趋利避害值得称颂,让我实在觉得我们的社会病的不轻。我不扯远,先向大家介绍下我了解到的一些星座“学说”的基本事实,再行批判。本文主要内容摘自wikipedia: astrology (http://en.wikipedia.org/wiki/Astrology).

目前盛传的星座“学说”只是自古流传下来的星象学的一支。星象学最早诞生于公元3千年前,其中心思想是认为天体的位置和运动会直接影响人的性格,生活,甚至命运等。由于星象学的起源,星象学主要分三支,一支为Hindu(Jyotisa)星象学,又称印度星象学,一支为中国星象学(东亚及东南亚的日本,韩国,越南,泰国等地的星象学也归属这一支),还有一支为西方星象学。从历史的发展来说,西方星相学早期起始于印度和埃及对星象的认识,经波斯(古伊朗)传入古希腊,再遍及欧洲。之后,西方星象学的发展过程中也受到印度和中国星象学的直接影响。从历史渊源的角度上说,西方星象学与印度星象学一脉相承,也都使用可转动的带有人为抽象出来的星体或星座符号的罗盘(horoscope)来计算星体的相对位置和运动。应该说星象学的发展和人类早期对天文学的探索有着千丝万缕的联系,甚至可以说是浑然一体,难以区分。但是,随着科学对于实证越来越高的要求,星象学与天文学日渐区分开来,在公元18到19世纪,这种区分日益加剧,使得星象学完全和天文学区分开。

以上是关于星象学发展的简易历史,并没有涉及关于由于星象学星体运转导致的对人性格影响这方面的认识是否正确或者准确的讨论。我和很多人讨论过他们对于星座学说的认识,我常常询问人们为什么相信星座,并且把它当作判断人性格和运势走向的依据。他们告诉我,因为星座的归类对他们性格的判定屡试不爽。从科学的术语上来说,这就意味着,根据大家的经验,星座学说的预测是具有统计意义的。那么是否有直接的统计数字支持这一论点呢?我询问过这些告诉我相信星座的人们,没一个人声称看到过,或者能给出这样的数据统计的来源。事实上,很抱歉,真正对此进行过严肃科学研究的文章的数据和结论都表明:星座学说的预测和实际结果没有统计学意义上的相关性。这其中比较著名的研究包含有1985年由加州大学伯克利分校的物理学教授Shawn Carlson发表在nature杂志上的标题为:“A double-blind test of astrology”(http://www.nature.com/nature/journal/v318/n6045/abs/318419a0.html)的论文,其结论指出星象学的预测的准确性并不比一般的猜测更高。2003年由加拿大学者I.W. Kelly发表在The Journal of Consciousness Studies标题为“Is astrology relevant to consciousness and psi” (http://www.imprint.co.uk/pdf/Dean.pdf)的论文,更是对2000个在几乎同一时间(精确到分钟)星象学“双胞胎”在认知,行为,外型等其他参数上做对比,并没有观测到天体运行对人类的这些特征的任何影响。Geoffrey Dean,上文中提到的2003年论文的共同作者,个人还进行了大量的数据收集,分析和整理,发现迄今声称有统计意义的由astrologer(指星象学从业人员,或星象学家。不过本人更愿意依据他们的性别而称呼他们为神棍或者神婆)发布的文章(非正规学术出版物,比如神棍/神婆们的个人博客文章,编辑出版的自发刊物等),其结论的得出是由于缺乏严格的实验对照组,他给出的具体数据参看此处http://www.rudolfhsmit.nl/d-arti2.htm。

  就上述资料看来,人人相谈甚欢的星象学,或者更具体的星座学说,其本身根本不具有任何可靠的预测能力,只不过是披着星体位置和运动计算这样的“科学”外衣进行的迷信糟粕的传播。昨晚我把以上这些论文和数据给一个对星座学说比较相信的女邻居看,她的反应是1)她很反感看到数据;2)她现在相信星象学不是科学(她曾经相信星象学应该是科学,但是没有查证过);3)星座学说不是科学不妨碍她选择继续相信星座学说,虽然她现在知道星座学说的预测从统计学的角度上来说并不比猜测更准确;4)她认为相信星座使得她的生活更丰富,更有趣,准确或正确与否在她眼里不重要。

  先不说她的个人看法了,接下来我想有必要讨论下即便科学统计证明星象学的预测并不比猜测更准确,为什么人们感觉星座学说准确呢?实验心理学上有种说法叫confirmation bias(确认偏见,http://en.wikipedia.org/wiki/Confirmation_bias),指的是当人们在已有一个假说时会依据假说选择性地接受信息。在大脑记忆的层面上,人们也存在选择性地记忆更吻合的信息,而遗漏不够吻合的信息,因而更容易列举出与结果更吻合的预测信息,从而导致认为预测比实际更准确的假象。还有一个心理因素,心理学中称之为Forer effect 或Barnum effect, 或personal validation fallacy (个人鉴定谬误,http://en.wikipedia.org/wiki/Forer_effect),指的是人们倾向于对于一些假定专门为他们个性制定(但实际上没有针对性地适用于任何人)的描述的准确性给与更高的评价。能够提高这个效应显著性的几个因素包括:1)人们认定这个分析仅适用于他们;2)人们相信该分析或进行分析的人员的权威性;3)分析主要列举正面的特征。关于个人鉴定谬误方面的综述论文可参见:Dickson, D. H.; Kelly, I. W. (1985). “The ‘Barnum Effect’ in Personality Assessment: A Review of the Literature”. Psychological Reports (Missoula) 57 (1): 367–382.

  综合科学统计的结果以及实验心理学的讨论,星象学的预测主要作用于参与者的心理层面,而与实际结果没有直接的关联性。当然我相信,即便从自然科学层面和心理学研究层面给出这样在我看来很有力的论证(申明:我不是说我的论证很有力,事实上单就本文而言,它远难以企及学术论文的要求,但本人列举的一些相关领域专家做的深入研究已经足以得出严谨的论证),愿意相信的星象学或者说星座学说的,依然会坚定不移地相信下去。我一直以为:人们只相信自己愿意相信的。不过这不表明我这篇文章是没有意义的,至少在越发泛滥的披着科学外衣的西方迷信的浪潮中,有另一个声音,尽管很微弱的(因为被淹没),告诉大家流行的并非是正确的,或准确的。对于不在乎正确或准确与否的,这篇文章满篇是废话。对于还没有被迷信忽悠,而潜在可能被忽悠的人而言,我希望这篇文章能够提供给人们一些认识和思考。

  最后,我列一组数据,2009年由美国PEW Forum(http://pewforum.org/docs/?DocID=490)公布的对4013个美国人(包含各个种族)于8月11-27日调查显示24%的普通民众(基督教徒为23%)相信星象学,2004年由中国公众科学素养调查(http://www.csc.pku.edu.cn/art.php?type=1&sid=1928)公布的2003年的数据(具体参与调查人数及人员分布不详)显示全中国大约14.7%的人相信星象学。2008年中国青年日报和新浪(http://beijing2008.german.china.org.cn/english/China/220510.htm)对3016个中国人(具体人员分布不详)的联合调查显示92.4%的人参与过星象学占卜,16.3%完全相信星象学,41.5%的人将其作为娱乐,67.3%将其偶尔作为生活参考,16.4%的人完全不相信。

分类: 科学·技术 标签:

女性偏爱面部表情丰富的男性

2009年12月30日 心亘 没有评论

又一项来自英国的研究称,面部表情丰富的男性更容易被女性吸引
英国朴茨茅斯大学进化心理学家Edward Morrison博士对一组女性解读男性的不同面部表情作了研究。研究人员制作了多个栩栩如生、带有不同面部表情的模型,16位女性对这些表情给出了“眉来眼去”等级。然后,研究人员把这些表情展示给另一组47名女性,要求她们按照吸引程度逐级打分。打分过程中,研究人员通过记录这些女性面部的活动,发现绝大多数女性偏好表情更丰富、更生气勃勃的男性。报告发表在《性行为档案》杂志。结果发现,当女性排卵期间,她们偏爱男性打情骂俏的生动表情。

分类: 科学·技术 标签:

各门科学间的联系

2009年12月23日 心亘 没有评论

1960年8月,玻尔在哥本哈根国际制药学会议上的演讲。

我接受盛情的邀请来在这次国际制药科学会议的开幕式上讲话,虽然不无踌躇,但是却很高兴。作为一个物理学家,我当然没有那种对药物学领域的深入理解,就像此次与会的来自不同国度的很多杰出科学家们在最丰富的程度上所具有的那样。然而,在这个场合评论评论一切科学分支中我们的知识之间的密切联系,却可能是尚称恰当的。这种联系实在是由汉斯•克里斯蒂安•奥斯特(Hans Christian、Orsted)很有力地和很热诚地强调过的,他在丹麦初次建立了正规的制药检查,而且,在他的基础科学研究中以及他在丹麦社会中的多方面的和有成果的活动中,这种联系对他来说乃是一种经常的灵感源泉。

关于出现在自然界中的实物可能有助于治疗人类疾病的经验,可以追溯到人类文明的初期,当时人们还不知道理性的科学探索这一概念呢。但是,回忆一下在树林中和草地上寻找草药,曾经何等有力地刺激了植物分类学的发展,却是很有趣的。而且,药物的制备及其疗效的研究,对化学的进步来说也已证实为具有不可缺少的重要性了。

长期以来,对实物的属性及其转变的研究,曾经显著地远离了 物理学处理方式所特有的那种用时间和空间以及原因和效果来说明我们周围各物体之性能的一些努力。事实上,这种处理方式就是牛顿力学的整个大厦的基础,甚至是以奥斯特和法拉第(Michael Faraday)的发现为根据的电磁理论的基础;通过它们的技术应用,这些理论已经大大地改变了我们的日常生活体制。

关于物质是由原子构成的这一古代见解,在上世纪中得到了发展;这种发展促使人们寻求化学和物理学之间的更密切的联系。一方面,化学元素概念的澄清,引导人们理解了支配着各该元素以何种比例出现于化学化合中的那些定律。另一方面,对于惊人简单的气体属性的研究又导致了热的动力论的发展,这就给有着如此有成效的应用(特别是在物理化学中的应用)的热力学普遍定律提供了解释。

然而,以电磁理论为依据的关于热辐射平衡的研究,却揭示了原子过程中的一种和经典物理学概念不可调和的整体性特点。事实上,普朗克普适作用量子的发现告诉我们,大块物质的性能的习见描述,其广泛适用性是完全建筑在下述情况的基础上的:在通常规模的现象中,所涉及的作用量是如此之大,以致量子是可以完全忽略不计的。然而,在个体的原子过程中,我们却遇到一些足以说明原子体系之独特稳定性的新颖规律性,而物质的一切属性归根结底是依赖于这种稳定性的。

为了整理这一新的丰富的经验领域,曾经要求从根本上修正无歧义应用我们最基本的物理概念的基础。为了说明我们在物理实验中实际上做了什么和学到了什么,当然就需要用普通语言来描述实验装置和观测纪录。但是,在原子现象的研究中,我们却遇到这样一种情况:用相同的装置重复进行实验,可以导致不同的纪录,而用不同装置来做的实验又可以得出~些初看起来仿佛是相互矛盾的结果。

这些表现佯谬的阐明已由下述认识结出:被研究客体和我们的观察工具之间的相互作用,在普通经验中是可以忽略或单独考虑的,而在量子物理学领域中它却形成现象的一个不可分割的部分。事实上,在这样的条件下,经验不能按习见方式被结合起来,而是必须认为各种现象是彼此互补的,其意义是:它们的全体就详尽无遗地概括了可以无歧义地表达出来的关于原子客体的一切知识。

对于沿互补路线的概括描述,已由所谓量子力学表述形式创造了适用的数学工具;利用这种表述形式,我们已经能够在很大的程度上说明物质的物理属性和化学属性。物理学家和化学家之间的幽默争论,阐明了这一进步的性质和范围;争论的问题在于:是化学已经被物理学并吞了呢,还是物理学已经变成了化学?

详细谈论今天的原子科学的巨大发展将使我们离题太远,从而我将只是简单地提到:在电子和原子核的键合中,以及在各电子将各原子键合成化合物分子时所起的作用中,我们都遇到典型的量子效应,对于这些效应,习见的形象表示法是不适用的。但是,由于原子核的质量比电子的质量大得多,因此就有可能高度近似地说明分子中的原子组态,该组态对应于知道得很清楚的、在整理化学资料时证实为如此不可缺少的化学结构式。

整个处理方式不但和普通的化学动力学相一致,而且甚至还加强了化学动力学所依据的那些简单假设。例如,在导致化学化合的任何过程中,新分子的属性并不会根本地依赖于发生相互作用而形成新分子的那些分子的组成,而是只依赖于组成新分子的各个原子的相对定位。这种分子的状态的任何次级特征(对应于从分子形成过程中遗留下来的振动),确实不会在本质上影响各分子的化学属性,而且,由于媒质中普遍的热骚动,这些特征将很快地和分子的以往历史不再有任何联系。

作用量子给物质特有属性的普遍理解提供了线索;这种普遍理解已经开始了一个自然科学迅速成长的时期,它使人在很多方面回想起十六世纪和十七世纪中的科学革命。在这些最能给人以深刻印象的发展中,生物化学的现代兴起就是一例;对于生理学和药物学来说,生物化学曾经是同等有益的。特别说来,有机化学和无机化学之间的界限的大大消减,就重新提出了一个古老问题:物理科学究竟可以在多大程度上说明生命的表现?

通过解剖学和生理学的发展,人们逐渐认识了生物机体结构的巨大复杂性和形形色色的控制机体机能的精致调节机制;这种认识经常导致一些疑问:机体中的秩序的保持,是否能够和热力学普遍定律相容呢?但是,从现代的化学动力学的观点看来,是不能期望存在任何这样的分歧的,而且,当彻底地考察伴随着机体的新陈代谢和运动的能量交换及搞交换时,事实上从来没有发现过热力学原理的任何局限性。

近年来,在生物细胞的复杂分子结构的知识方面,特别是在将遗传信息一代一代传递下去的特定分子链的知识方面,已经频得了巨大的进步。而且,我们对于一些酶过程的理解也在稳步增长中;通过这些酶过程,遗传信息完成着指导蛋白质之类的其他特定分子结构的形成的任务。事实上,就我们所知,我们在这里遇到的可能是细胞结构稳定性的稳步增长过程,这种过程的自由能损耗和普通不可逆化学过程中的摘增加相对应。

在这一背景上,很自然地会出现这样的观点:在机体的全部生活中,我们遇到一些并无直接可逆性质的过程,它们和由营养及呼吸所维持的有利条件下的不断增长的稳定性相对应。尽管生物机体和自动机器在规模和功能方面很不相同,我们在这里却遇到二者之
间的一种影响深远的类似性。事实上,在最近的技术进步的基础上,已经可以设计按任何预定方式进行工作的机器,这也包括机器本身的维修和复制在内,只要它们能够得到必要的材料和能源。

但是,在关于机体和机器之间的比较这一争论很多的问题方面,最重要的是要记得,有机的生命是一些自然资源的表现,它们远远超过用来制造机器的那些资源。事实上,在说明用于计算及用于控制的那些装置的作用过程时,我们可以根本不管物质的原子构造,而仅仅说明所用材料的力学性质和电学性质,并仅仅应用支配着各机件之间的相互作用的简单物理定律。但是,有机进化的全部历史,却对我们显示着自然界中尝试原子相互作用之无限可能性的那些结果。

不足为奇的是,由于有着极大的复杂性,各机体显示出一些属性和潜力,这些和所谓无生命物质在简单的可重演的实验条件下所显示的那些属性和潜力形成突出的对照。正是在这一背景上,涉及机体整体行为的诸如目的性和自我保存性之类的概念,才在生物学研究中得到了富有成果的应用。

在有关生物学基础的讨论中,关于超出物理学语言之外的那些概念起什么作用的问题,曾经成为一个主要的论题。从一方面,曾经表示过这样的观点:尽管这种概念具有明显的有效性,但它们终于会被证实为多余的。从另一方面,却曾经有人这样论证:在这儿,我们遇到的是说明生命的表现时不可再简化的要素。

量子物理学在我们作为自然观察者的地位问题上给予我们的教益,给这种讨论提供了新的背景。事实上,这种教益提示我们,生物学现象的客观描述方面的形势,在普通生理学中和现代生物化学中反映着木同的处理方式。生物学中互补性描述方式的基础,不是与化学动力学中已经照顾到的客体和测量仪器之间的相互作用的控制问题相联系,而是与机体的实际上不可穷尽的复杂性相联系。

这种形势几乎不能看成是带有暂时性的,看来它倒是和我们整个观念构架所曾采取的发展道路有着内在的联系,这种发展从满足日常生活的较原始的要求,趋于适应系统科学研究所得的知识的增长。例如,只要”生命”一词因为实用的原因或认识论的原因而被保留下来,生物学中的二元处理方式就肯定会继续存在。

在我们的讨论中,我们一直是将生物机体看成被考察的客体的,其方式和我们在力图概括关于自然界任何其他部分的经验时所用的方式相同。当我们处理心理学问题时,我们就进入一个新的知识领域,在那里,分析和综合的问题多年以来就吸引着生动的兴趣。我们在社会交往中用来传达我们的精神状态的那种语言,确实是和物理科学中通常采用的那种语言很不相同的。例如,类似”沉思”和”决心”之类的字眼,指示着互相排斥的但又同样是意识生活之特征的一些状况,这些字眼从语言刚刚起源时就在一种典型的互补方式下被应用着了。

精神经验和我们身体中物理过程、化学过程之间的密切关系,在很大程度上被药物在精神病方面的应用所证实了。一切曾经意识到的东西都可以被记住,这种记忆的程度也清楚地反映着有关的生理过程的不可逆性。当然,继续进行这样的讨论是很引人入胜的,但是,每前进一步都会出现新的困难,这种困难同这种探索所能应用的各个概念的有限适用范围有着本质的联系。

在这次演讲中我曾经试图说明,原子世界中的研究怎样提供了新的机会来寻索奥斯特所谈到的自然界的和谐性,这种和谐性我们或许宁愿称之为人类知识的统一性。确确实实,只有意识到这种和谐性或统一性,才能帮助我们对我们的地位保持一种均衡的态度,并避免科学和技术的突飞猛进在几乎每一人类兴趣领域中可能如此容易地引起的那种混乱。此次会议的议程正是下述事实的证明:制药科学和药物科学代表着对自然奥秘的探索的一个不可分割的部分,通过这种探索,我们力图提高人类的理解和福利。我希望你们的集会将对这一伟大目标有所贡献,我愿意表示我最热诚的愿望,愿此次会议对你们所有的人都成为有启发性的经验。

分类: 科学·技术 标签: ,