蛇界“汉尼拔”:为了争夺配偶,眼镜蛇竟会吃掉情敌!

(Olli/编译)汉尼拔的食人魔形象家喻户晓,现实中人吃人的惊悚案例也偶有发生。同类相食对人类而言似乎骇人,其实在整个动物王国中相当普遍。 

雌性的螳螂和黑寡妇蜘蛛会吞掉交配的雄性,黑猩猩和懒熊会杀死并吃了幼崽,沙虎鲨甚至还是胚胎时就能吸收母亲子宫里未受精的卵。一些看起来无害的小动物,如兔子和仓鼠,咬起自己的孩子来也毫不心软。 

北极熊吃幼崽。图片来源:D. ROBERT & LORRI FRANZ, CORBIS/National Geographic

蛇曾经是不多的例外之一。人们通常认为,除了一些极端状态,蛇群中很少会有同类相食。然而,随着一些新证据的出现,这种看法可能要改变了。《生态学》杂志上的新研究就表明,毒名远扬的眼镜蛇也会有规律地吃掉同类。雄性眼镜蛇为了争夺配偶,更会对同性“痛下毒口”。

“不挑食”的眼镜蛇

某日,爬行动物学家布莱恩·马兹(Bryan Martiz) 突然听到无线电里传来急促的呼叫:“喂,有两条黄金眼镜蛇(Naja nivea)打起来啦!”马兹二话不说,赶紧冲出去看个究竟。

15分钟后,马兹和同事找到了那两条“纠缠不清”的蛇。此时,体型占优的蛇正在活吞体型较小的对手。这条蛇后来被装上无线传输器,并有了“汉尼拔”的外号。

黄金眼镜蛇。图片来源:JOEL SARTORE/NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

黄金眼镜蛇其实见蛇就吃,甚至连死蛇都不放过。确实,许多蛇都会见机吃蛇,例如臭名昭著的眼镜王蛇(Ophiophagus hannah),就把各种大蛇当作主要的食物来源。在大多数情况下,人们认为这些蛇只是捕食其他蛇类,并不会对同类下口。

然而这次不同寻常的事件却让马兹怀疑:蛇的同类相食也许不算稀奇?

于是,他和同事们开始梳理科学文献和当地报告,寻找南非六种眼镜蛇中 “蛇吃蛇”的资料。他们发现,南非的六种眼镜蛇中,其食物构成中有14%-43%是蛇。眼镜蛇尤其爱吃鼓腹毒蛇(Bitis arietans);记录在案的眼镜蛇猎物中,这种非洲毒蛇占了三成左右。

鼓腹毒蛇。图片来源:The Reptile Database

更惊人的是,其中五种眼镜蛇都会同类相食。根据马兹的研究统计,在同类相食的观察记录中,有4%的案例是黄金眼镜蛇。这一数据引人注意,因为11年前的一项大型回顾研究发现,没有证据表明黄金眼镜蛇会吃同类。

雄性之间的斗争

研究者收集到的所有黄金眼镜蛇相食事件,竟然都发生在雄性之间。这表明,同类相食可能是迫于争夺资源或配偶。

研究人员指出,“雄性斗争和同类相食之间的潜在联系很有意思。”诚然,由于数据集较小,无法推测雌性也会相食。他们至今未发现相关案例。

蛇类专家表示,“我们可能会轻易作出假设,认为蛇群同类相食的影响不大。然而稀有事件有时也能带来深远的影响。蛇把竞争对手活吞了,是为了确保自己的生存或交配。”

黄金眼镜蛇吞食同类。图片来源:BRYAN MARITZ

为什么要研究蛇的同类相食?

不过,“大蛇吃小蛇”这件事并不新鲜。某些大蛇可能会把路上偶遇,或是战败的小蛇当成食物。爬行动物学家凯特·杰克逊(Kate Jackson)指出,“如果你是一条修长纤细的蛇,能塞得进嘴里的,只能是另一条修长纤细的蛇了。”

杰克逊研究王蛇(Lampropeltis getula)的“蛇吃蛇”掠食机制,她表示,“大部分关于野生蛇类食物结构的知识,都基于田野指南中列出的猎物名单,而不是与时俱进的最新研究。”

王蛇。图片来源:Lampropeltis getula/Flickr

她还指出,由于眼镜蛇对人类的影响,这项研究显得尤为重要。具有超强毒液的眼镜蛇是非洲最毒的蛇类之一。但蛇毒的构成及种类,都可能因蛇的食物结构而异。因此,如果不同地区的毒蛇有着不同的食物结构,其毒液也可能不尽相同。而这意味着,在某些区域能够救命的抗毒血清,在其他地区就不一定那么有效了。

这项研究表明,同类相食在构建蛇群结构上可能发挥重要作用,它能决定某地蛇类的种类和种群规模。在马兹等人进行研究的地区,他们已经观察到小规模的该现象。在这一地区,已知大型眼镜蛇会掠夺织布鸟的大型巢群。马兹表示:“如果这些鸟巢吸引了大眼镜蛇,那么同样前来的小眼镜蛇就危险了。”(编辑:EON、Ent)

本文由National Geographic授权果壳编译。

编译来源

National Geographic, Cannibal cobras: Male snakes eat each other shockingly often

太神奇了,原来宇宙中的恒星是这样爆炸的

本文为2018年10月21日“我是科学家”第六期线下活动,有意思博物馆演讲剧场——宇宙深处,心之所向 | 王晓锋 演讲实录:

宇宙中有无数星系,每个星系中又有无数恒星,这些恒星也会像人一样有生老病死的过程吗?清华大学物理系教授王晓锋说,恒星演化到晚期会发生剧烈的爆炸,每次爆炸就好像一次绚烂烟花,你穿戴的金银首饰,你计算机里用到的芯片,都来自于恒星爆炸释放到宇宙空间中的元素。王晓锋将给大家讲讲超新星爆发的故事。本文根据有意思博物馆演讲剧场——我是科学家「宇宙深处,心之所向」现场演讲整理。

我叫王晓锋,来自清华大学物理系。

我成为一名大学教师,多少有一些偶然的因素。

上大学的时候我报考了北京师范大学,但当时我并不想成为一名教师,原因是我觉得教师的责任重大——要传道、授业、解惑,而当时我觉得自己没有这个能力,或者缺乏一定的信心。另一方面,我又不想做纯粹物理的专业,我高中的时候物理学得不太好,所以在选择专业的时候费了一番脑筋。当时我地理学得比较好,又想成为传说中上知天文下知地理的大神,于是我就报了天文专业。

所以你看,人生的际遇是非常奇妙的,当时我不想成为教师,最后成了大学老师;当时我不想学物理,最后物理终身伴随着我。

演讲嘉宾王晓锋:《目睹一场宇宙的烟花》

大家一定很关心我每天在干什么。作为一位大学老师,除了正常的教课以外,我和我的学生基本上每天都会检查星图,也就是我们用望远镜在比较偏僻的山上开展天文观测。我们会看它跟之前的星图比较有些什么异常,这其中我们关心的是恒星的爆炸的现象,也就是超新星。

超新星是恒星演化到晚期产生的非常剧烈的爆炸现象。说得文艺一点,它就是一场宇宙的烟花;说得恐怖一点,它就相当于在宇宙里炸了一个巨大的核弹。如果这个超新星爆炸离我们很近,那人类就惨了。所以我们又期待看到美丽的风景,又不希望这个东西离我们太近。

宇宙中有各种各样的恒星,有小质量的恒星,有大质量的恒星。这些恒星最终都会面临死亡,就像人的生老病死一样。恒星内部会不断发生核聚变反应,宇宙中最丰富的元素是氢和氦,氢通过核聚变反应变成氦,氦再燃烧变成碳,碳再燃烧会变成氧,氧燃烧会变成硫或者硅这些更重的元素,硅燃烧最后变成铁,形成一个大铁疙瘩,也就是恒星的铁核。

如果大质量恒星内部的铁疙瘩超过太阳质量的1.4倍,这颗恒星就不稳定而发生塌缩,塌缩会引起连锁反应,导致整个大质量恒星的外壳层往里塌缩,产生核心塌缩的超新星爆炸。这是一类比较常见的恒星死亡时候产生的超新星爆炸,叫做核塌缩超新星爆炸。

还有一类超新星爆炸是由中小质量恒星演化形成的,这一类恒星叫白矮星。如果白矮星有伴星,可以吸积伴星的物质将质量增加到1.4倍太阳质量,这时也会产生非常剧烈的热核爆炸,这一类超新星叫热核超新星。

大家可能见过这样一张非常漂亮的图,我们称它为蟹状星云。蟹状星云是产生于一个颗概十几倍太阳质量的超巨星的核塌缩产生的超新星。在距今964年前的宋朝,中国古代的天文学家对这个超新星有非常详细的记载,后面的这一排文字就出自宋史:至和元年(也就是宋仁宗),五月己丑出天关,东南可数寸,然后岁余稍没。说的就是这颗星在天上天关星的位置,亮度是23天白天可见。

那时候超新星爆炸非常亮,也非常壮观,整个爆炸事件持续了600多天,这个亮度是肉眼可见。这一次的事件产生的超新星就形成了我们现在看到的蟹状星云,而且在星云的正中心产生了一个非常致密的、高速自转的中子星,这也符合我们关于恒星演化的理论。这次中国古代天文学家记载的详细的信息,有助于我们理解大质量恒星的演化。

公元1054年,这个超新星爆炸的时候,外壳层的物质都喷向了星际的空间,然后超新星的遗骸慢慢演化就形成了我们今天看到的蟹状星云,而这个星云还在不断地长大,中心就形成了一个非常致密的中子星。

实际上在超新星SN1054爆炸的40多年前,也是在宋朝,产生了另外一个,也是有史以来最亮的一个超新星爆炸的事件——公元1006年的超新星爆炸。这个超新星大概产生于1006年的5月1号,当时司天监(那时的天文官叫司天监)的总头周克明看到了,老百姓也都看到了,但是周克明不敢马上去汇报给皇帝宋真宗。因为他当时用占卜占了一下,觉得这个星可能是一个很凶险的星,如果皇帝知道了,他可能脑袋不保。等了一个月,周克明又重新算了一卦说这个星是吉星,才就跟皇帝报告说:“景德三年,四月戊寅,初见大星,色黄,渐渐光明”。也就是5月1号,天上看见一个非常大的星,颜色是比较黄——那时候黄色是比较吉祥的颜色,并不是代表超新星真的是黄色,慢慢越来越亮(这个星爆炸的时候最亮的星可以达到整个满月的四分之一的亮度),在晚上的时候可以拿着书在星光下看书。

可以想象那个时候超新星爆炸是多么壮观。当时是景德三年,所以这个星也叫做景星,“景星高照”就是这么来的。

超新星SN1006来自于一颗致密的白矮星,这颗白矮星有一个伴星,它不停的吸积伴星的物质直到质量增长到太阳质量的1.4倍,于是它的中心产生了核聚变的反应、爆炸,最后把整个恒星全部炸掉。

超新星SN1006跟刚才的超新星SN1054是不一样的,原因就是SN1054爆炸过后会在中心形成一个非常致密的中子星或者是黑洞,但是SN1006是所有的星体全部炸掉——它把恒星所有的能量、物质全部都抛到星际空间中。

我非常羡慕宋朝的人,可以亲眼目睹两颗非常明亮的超新星接连的爆炸。在几百年之后,到了1572年,银河系又产生了一个第谷超新星;然后紧接着大概32年以后,又产生了开普勒超新星。这两个超新星都是以西方天文学家的名字来命名的,但实际上中国天文学家记载的超新星爆炸要比西方的最早记录还要早三天,所以我们中国古代的天文学家在天文学上,尤其关于客星(中国古代管超新星爆炸叫客星,即天上突然多了一个星)的记载是领先世界的。

在1604年产生了超新星爆炸以后,一直到现在我们还没有看到非常明显的银河系超新星爆炸事件,所以我们非常期待银河系下一颗超新星爆炸。

最有可能成为银河系下一颗超新星爆炸的星是哪一颗?经过天文学家的调查,发现它在船帆座。船帆座在是南半球,而我们在北半球,如果它真炸了我们还真是看不到,除非把望远镜放到南半球,比如说智利。

这颗编号SBW2007的恒星与大麦哲伦星云1987年产生的一个超新星,SN1987A长得特别像,中心是一个非常致密的蓝超巨星,天文学家认为它有可能成为下一颗。

我作为一名超新星的研究人员,非常希望在有生之年能够亲眼看到一次超新星爆炸的事。虽然超新星爆炸产生的高能射线对人体有害,但是SBW2007离我们很远,有2.5万光年,大家大可放心,它的爆发对我们基本上没有任何影响。我现在正在加紧布置望远镜到智利,希望到时能够逮到这个超新星爆炸的信息。

银河系产生超新星爆炸的频率并不是很高,大概几十年到几百年才会有一颗。但实际上在宇宙诞生之初大概几千万年到几亿年的时候,宇宙中形成的大质量恒星特别多,而且质量比现在的恒星要大很多倍,所以那时产生超新星爆炸的速率是非常高的。据统计,整个可观测的宇宙每秒钟产生30次超新星爆炸。

宇宙极早期的超新星爆炸是非常非常频繁的。原初的星云塌缩凝聚形成大质量的恒星。这些大质量恒星很快——几千年几万年,就形成了超新星爆炸。如果站在宇宙边缘去看,就仿佛看一场盛大的宇宙烟花。

我们现在研究宇宙极早期的超新星不能靠眼睛,因为人眼能看到的最大最亮的星大概是六等星,我们必须要借助于比较大的望远镜。

我回国以后组织了一些天文观测的项目,比如利用国家天文台60厘米施密特望远镜、紫金山天文台1米施密特望远镜,在整个天空搜索超新星的爆炸事件。也组建了超新星搜索小分队。通过几年的努力,我们共发现了接近400颗超新星的爆炸事件,其中包括自宋代以来中国人发现的最近的一颗超新星,梅西耶M99星系里面的一颗超新星。

我们还发现了一个特别奇怪的“僵尸超新星”。僵尸超新星是指几十年前就已经炸过一次,最近两年又炸了的,也就是说死而复生又开始活动了的。

我们是和美国的一些项目共同独立发现的僵尸超新星,其中TNTS就是代表中国的项目,上面和下面都是美国的项目,可以看到我们发现时间还是比较早的。

这个超新星的奇特之处在哪呢?图中下面蓝色很短的线是一个正常的超新星爆炸的光度演化,横轴代表时间,也就是说一般持续几个月就消失了。但是这颗超新星持续了几百天,而且它的能量要比普通的超新星要高几十倍,还产生了多次的能量爆炸的现象。

这是2014年的发现。最有趣的是我们检查历史星图,发现它在1954年就已经爆过一次了,所以我们称它为僵尸超新星,现在已有的理论都不能解释它的特殊能量产生的情形。这次爆炸以后这个星还活着吗?我们利用哈勃空间望远镜在爆炸过后又开展了一千多天详细的观测,发现它应该是彻底死。

研究超新星有什么用?刚才我们讲,宋朝1006年那一次超新星是来自于一颗白矮星吸积伴星产生的爆炸。白矮星都是在1.4倍太阳质量左右的时候炸掉,可以想象,它们爆炸所产生的能量比较均匀,所以可以探测宇宙演化命运的标准烛光。

在上个世纪末,国际上有两个团组寻找了宇宙早期的这一类的超新星爆炸的事件,即热核超新星爆炸。通过对比我们近邻宇宙的超新星爆炸,发现远处的超新星的亮度要比近处的暗30%。

为什么会暗呢?

一个原因可能是我们宇宙膨胀的速度比我们想象中的要快,而超新星处于更远的距离,所以给人“它好像变得更暗了”的错觉,从而提出了所谓宇宙存在暗能量的这样一个概念。暗能量怎么来的?就是通过观测这一类的超新星爆炸提出来的。再结合其他的一些观测,认为宇宙还存在暗物质。我们今天认为的宇宙的组份:73%的暗能量,23%的暗物质,只有4%的正常的物质——就是我们看到的星星,气体等。所以宇宙有96%的东西我们是不知道的。

我们了解得越多,就发现我们对宇宙知道得越少。借用张双南老师一句话,他说不常见的是美的,那么我想说,看不见的更美:暗能量,暗物质都看不见,吸引着无数的人去研究,所以它是最美的。

超新星还有一个重要作用,它为人类生命的形成提供了基础。超新星是宇宙的炼金炉,恒星中心产生的重元素都是通过超新星爆炸释放到宇宙星际空间的,如果没有超新星爆炸,咱们在座的各位都不存在。人体血管里流淌的氧,集成电路半导体的硅,建筑物用到的铁等等,都是通过超新星爆炸释放到宇宙空间形成的。所以说超新星相当于宇宙再循环的催化剂——原初的星云形成的恒星爆炸以后,形成的重元素通过超新星爆炸的形式又循环到这个星云,这些更重的元素参与下一代的恒星演化,就形成了所谓的“富二代”的恒星。我们太阳系就是太阳附近的恒星爆炸产生的残骸。

超新星爆炸为人类展现了壮丽的宇宙烟花表演,为宇宙生命的形成提供了基础,为科学家提供了探索宇宙命运的灯塔,所以我们要感谢这些牺牲自我而照亮宇宙的恒星。

我作为一名大学老师和科学家平时总有很多的工作要做,有时候觉得很疲惫,就走出去看看星空,烦恼就抛到九霄云外了,因为个人的烦恼跟整个宇宙的大尺度事情相比就不值得一提。我也鼓励在座的各位,烦恼的时候可以走出去看看星空。

谢谢大家。


演讲嘉宾王晓锋:《目睹一场宇宙的烟花》

问世间,“美”为何物,竟让这位科学家用30年去探寻

本文为2018年10月21日“我是科学家“特别专场「借你一双“慧眼”,去看宇宙之美」 | 张双南 演讲实录:

作为“慧眼”天文卫星首席科学家,张双南除了研究黑洞、中子星这些奇异的天体,也饶有兴趣地研究美学。他对美的研究比研制卫星的历史还要长。发现美有什么判断条件吗?张双南用六个字来总结:“没缺陷”“不常见”。今天,张双南将要给大家展示“慧眼”卫星的科学之美以及它如何给我们带来宇宙之美。本文根据有意思博物馆演讲剧场——我是科学家特别专场「借你一双“慧眼”,去看宇宙之美」现场演讲整理。

大家好,非常高兴今天有机会跟大家交流。随着刚才的合唱,我们团队的成员已经把“慧眼”卫星激动人心的时刻展示给大家了,今天我还要给大家展示“慧眼”卫星如何给我们带来宇宙之美。

中科院高能物理所的年轻科学家们表演的合唱《慧眼星愿》

我从艺术、科幻和科学讲起。

什么是艺术?大家平常都说艺术来源于生活高于生活。简单地讲,艺术是对生活的审美创造。

什么是科幻?科幻来源于科技,但是又高于科技,所以我把科幻叫做对科技的审美创造。

科学来源于自然,是我们对自然的观察,但是高于自然——我们从自然里面总结、发现科学规律,科学是对自然的审美发现。

这里有共同的两个字叫做:审美。什么是审美?怎么审美?我们先从这个问题谈起,讲讲我们的“慧眼”卫星是怎么给大家带来宇宙之美。

我们先看看怎么审美。

人工智能非常火,有一家公司造了一个人工智能,让它们取代评委进行选美。具体怎么做的呢?如果你想成为女神或者男神,就把你觉得最好的照片寄给它,人工智读取这些照片之后选出来它认为的男神和女神。

这是它选出来18到29岁年龄段的男神女神,大家都知道这个年龄段是最美的时候。从结果看人工智能显然不会审美,至少不像我们大部分正常人的审美。

那到底怎么审美?

有一篇科学研究论文,叫做‘基于大脑的审美理论’(Toward A Brain-Based Theory of Beauty),研究我们大脑的审美判断。这篇论文被引用134次,被阅读5万余次,属于非常高引用的论文,影响力很大。

这篇论文研究的是艺术、音乐和景观的审美有什么共性,这是我们生活中经常出现的几种审美——刚才的合唱给大家带来的是艺术的审美,我的口琴演奏给大家带来的是音乐的审美,秋天来了,我们会看到美丽的秋色,是景观审美。

这些审美有什么共性吗?在我们大脑里面产生什么样的情况呢?

演讲嘉宾张双南:《借你一双‘慧眼’,去看宇宙之美》

他们研究的结果是:不管哪一类的审美,都和我们大脑里面一个叫做“情绪大脑”的地方非常有关系。做脑科学研究的人早就知道“情绪大脑”了:它负责快乐和奖赏,大家笑得很开心的时候,你大脑里面这个地方就活动起来。他们研究的结果是,用眼睛看到的视觉美和用耳朵听到的听觉美,都会在大脑里的同一个地方发生反应。

还有一篇论文也非常重要,由神经科学家、物理学家、数学家一起写的交叉学科论文。这里强调一下,其中的数学家是菲尔兹奖获得者,是在世的最有影响的数学家。这几个科学家研究了另外一类的审美,我们把它叫做“通过理智或者理性的一种审美”—-对科学的审美。他们发表的这篇论文,阅读引用和社会关注度更高。非常著名的数学家阿提亚自己说:他发表的所有论文,包括他的数学论文中,这是阅读量最大的一篇论文。

在这篇论文里面,他们研究的是在数学家眼中哪个方程是最美或者最丑的。他们选取了伦敦地区的几十位数学家,对60个数学方程进行美或者丑的排序。

这张图是数学家们眼中公式的“颜值”分布。中间的部分是比较平庸的,不美也不丑;最左边的和最右边分别是最丑和最美的。他们首先得到一个结论:极美和极丑的数学方程很少。

他们又在这些数学家们审美的时候,同时扫描他们大脑里面的活动,发现就在视觉美和音乐美活动的那个区域发生了活动——仍然是“情绪大脑”在活动。

视觉、听觉和数学美的活动区域都是“情绪大脑”。因此他们的结论是:第一,审美是情感的活动,没有情感不会带来审美;第二,这个区域负责快乐和奖赏,美感给我们带来快乐是奖赏;第三,极美和极丑的比例都非常低,中庸的比例比较高。

这些研究都支持一个很可能的结论:我们大脑做审美判断的时候,判断的条件存在而且唯一。否则不会几类完全不同的审美最后导致大脑同一区域产生活动。

但是他们没有告诉我们这个条件到底是什么。我们用标准的三段式的科学方法来进行研究,首先要进行归纳,把各种视觉美、听觉美、科学美放在一起总结共性。总结好的话,就有可能得到了大脑做审美判断的条件。如果你认为这个条件是对的,就进一步开展科学的实证,科学很重要的一点就是要实证。

实证包括两个方面:证实和证伪。

第一步是证实,找更多你认为美的例子,逐一检验是不是符合你前面归纳总结出来的条件,如果发现有一些例子不满足的话,说明这个条件还不是很完善,你要回去修改这个条件。

第二步是证伪,是要找出不符合美的条件。你前面找了大脑审美判断的时候需要的条件,然后找不符合判断条件的审美对象,逐一检验它是不是美。不符合条件如果你觉得仍然美,就说明这个条件并不合适,要修改。经过很长时间的修改之后——比如说我,做了30来年这件事情——就有可能发现我们大脑对美的判断条件。

我发现了两个条件,用六个字来总结:“没缺陷”“不常见”。我需要做一下解释,什么叫做“没缺陷”“不常见”。

“没缺陷”是用“你的”价值观来判断的,和别人没有关系。什么叫做“没缺陷”?通常用来表达的有可能是实用的事情,但是更多的是精神层面的。比如我说这个剧场是“没缺陷”的剧场,为什么呢?满足我演讲的条件,大家坐在里面听得也挺好。但是这个剧场美不美是另外一回事,我们还不知道。精神方面经常讲的是某件事情很自然、很合理、很完整、很真、甚至很善良,符合我们价值观,我们就说是“没缺陷”。

“不常见”是由于“你”个人的经历导致的“你”个人的见识所决定的。如果这个审美对象或者这个审美对象的某个特质对你来讲是“不常见”,就满足了“你的”审美判断的第二个条件。我们日常用什么样的语言来表达“不常见”?通常我们用别样、不一样、特别、出色、出众、清新、不俗、个性等等,“洋气”对中国人来讲是特别重要的一个“不常见”。和这个相反的是什么?是“常见”:土气、市侩、平常、山寨等等。

很显然,我们能够举出所有我们认为“美”的例子都符合“没缺陷”“不常见”,这是“证实”。但是我刚才讲了,科学研究很重要的一步要做“证伪”,也就是举反例,问有没有不符合这个条件的情况出现,也就是有不符合“没缺陷”“不常见”的美吗?

相信当我说“没缺陷”作为美的判断标准的时候,在座的很多人尤其是学过艺术的都会想到,美学理论很重要的研究对象就是“断臂维纳斯”,“断臂维纳斯”被称为“残缺美”的代表作。“残缺”就有缺陷呀,所以大家都觉得缺陷会带来美。

真的是这样吗?

“断臂维纳斯”真的给我们带来“缺陷之美”吗?并没有。它是雕塑,雕塑没有实用功能,雕塑的断臂不是缺陷,哪个女孩子为了追求更美去断臂的?艺术家没有人干这个事儿,普通人也没有干这个事,在人类历史上就从来没有发生过一次为了追求美而故意断掉一只手臂的。所以,雕塑的断臂是因为雕塑没有实用功能,并不是缺陷。

有人说距离产生美。距离的确产生美,我有时候把眼镜摘下来看到周围都是美女。为什么距离产生美,因为距离掩盖了缺陷。我进来之前化妆师坚持要给我化妆,哪怕稍微化一点也要化,为什么呢?她要把我的缺陷给掩盖住。

有人说有爱就有美。中国人都知道“情人眼里出西施”这句话,我经常在朋友圈里面看到年轻的父母们晒孩子的照片,长牙了站起来了会笑了,谁家的孩子不长牙谁家的孩子不站起来谁家的孩子不会笑?但是在你的眼里,你的孩子所发生的每一件事情都是极端“不常见”,因为你爱你的孩子,你会发现他的“不常见”。你的孩子很调皮,到人家家里搞得鸡飞狗跳,朋友烦的不得了,你却很开心:我孩子调皮是因为聪明。你的爱就会使你忽略他的缺陷,这是原因。

为什么“没缺陷”“不常见”会带来美感?因为审美是以自我为中心的感性行为,“没缺陷”符合我的价值观,符合我的价值观就是对我的奖赏,“不常见”又体现自我优越感,自我优越感给我带来快乐。我常常见到朋友圈里大家发很多照片,都是这两个原因。奖赏和快乐使我们大脑里面“情绪大脑”这部分活跃起来,给我们带来美感。这就很容易理解发朋友圈的行为了。

我也一样,到各个地方旅游的时候会拍照片发朋友圈,特别希望朋友说照片很美。晒照片的目的是什么?是得瑟,不是分享。我问过曾经到过喜马拉雅山顶的一些朋友:你到山顶最想干的是什么?他说我最想拍一张照片发朋友圈,可惜没信号。白乎乎的一片,有啥美的?啥也看不见,不就是得瑟吗?得瑟我到了那个地方你没去,自我优越感。

刚才讲了“没缺陷”“不常见”就是美,这是审美两个要素的一种组合。但我们大脑还会做各种其他判断:审美对象“没缺陷”,但是“很常见”,这就是俗;如果有一点缺陷,但是这个缺陷也很常见,这就是丑;如果有缺陷,但这个缺陷很“不常见”,那你第一次看到这个缺陷的时候,你会被“丑哭”,因为太可怕了;如果完全没有缺陷完全不常见,那你会有美哭的感觉。当你第一次看到这样“美哭”的事物时,可能你也会用“美爆”“美炸”等等,反正就是美的不得了的东西。“不得了”体现在哪?体现在你第一次看到。

我们可以看到大脑审美的这两个要素的各种组合,就告诉我们平时所做出的各种审美的判断:美、俗、丑、丑哭和美哭。

2017年的诺贝尔物理学奖授予了对激光干涉引力波天文台和发现引力波作出了决定性贡献的三位物理学家,这三位物理学家是韦斯、索恩和巴里什。

索恩这个人很有意思,前一段时间有一个电影《星际穿越》非常火爆,他就是这个电影的科学顾问。我一开始讲科幻就是对科技的“审美创造”,这里我要讲一点《星际穿越》这个电影,让大家看看“审美创造”在这个电影里怎么实现的。

这是这部电影里面我特别喜欢用的一幅照片。这是一个什么场景呢?父女深情相拥仰望太空,他们在想什么?看看身后荒凉的情况,人类对地球已经折腾成这样子了,人类是否永远在地球上生存下去?如果不能的话,茫茫的宇宙当中有没有我们人类新的家园?这个思考促使父亲做了“星际穿越”,到了黑洞里面去,最终拯救了人类。这一切都是从这个照片开始的。

旁边两张照片分别是父亲要出发的时候与女儿告别的场景,以及父亲完成任务回到地球之后找到他女儿的情景。由于穿越的原因,他仍然很年轻。但是女儿已经比他老得多了,他们再一次深情相拥。电影里父女之爱的情怀让我潸然泪下,我特别喜欢讲电影里这个地方,世界上所有的父女之爱都是这样的。

电影另外一个主题是关乎人类的未来——地球已经不适于人类继续生存下去了,要找人类未来的家园。这个主题让我心潮澎湃。

作为美国的大片,英雄救美是少不了的:教授布兰德让他的女儿到黑洞里面去获得黑洞的量子数据并传递给地面上的科学家父亲,父亲就可以把这个理论搞对从而拯救人类了。在所有的美国大片里面,当女一号遇到危险的时候,男一号必须要挺身而出。所以当女一号女布兰德准备到黑洞里面去的时候,男一号库珀一把把她推开,自己一头扎到黑洞里面去了。英雄救美的情节让爱穿越时空,他到黑洞里面去了,他们的爱仍然在宇宙当中回响。我们知道电影的最后一个场景是男一号再一次出发去找女一号。

这个电影还有一个更重要的情怀—-科学的情怀。电影最主要的场景是穿越了黑洞视界之后,在黑洞的中心获得量子数据。为什么冒着这么大的危险还要到黑洞中心去获得量子数据?因为科学在黑洞中心是崩溃的。为什么崩溃呢?我们今天最好的科学理论是相对论和量子力学,尤其是广义相对论和量子力学,在黑洞中心,统统失效。这个地方密度无穷大、引力无穷大,所有的物理量都是无穷大,现有的科学理论不能使用。但是要想拯救人类,让人类离开地球到另外一个地方去,必须要有办法操纵引力,而要实现操纵引力,就必须把量子力学和广义相对论统一,这就必须要获得那个地方的数据,再和科学理论去对比,才能发现正确的科学理论。

电影里面男一号在快要到黑洞中心的时候掉入了一个五维时空,在五维时空里把他和仍然在地球上等待父亲回来的女儿进行通讯,用引力波的形式把黑洞里获取的数据传递到地球上,让女儿可以探寻最终统一引力和量子理论的最终的理论,这样就可以操纵引力,实现人类大转移。

《星际穿越》里的这个科学情怀让我“量子纠缠”。

《星际穿越》的审美创造到底是怎么做到的?

首先一个原则就是科学顾问索恩教授和电影的导演之间做了一个约定,约定电影的任何内容都不能违反物理学规律和我们对宇宙的知识。因为我们在认识物理学和宇宙方面有了很大的进步,这就确保了电影在科学上面是严谨的。当然,我们还有很多物理规律和宇宙的知识不理解,不理解可以发挥,但是发挥必须来自真正的科学,不能随便乱编。这就给艺术创造留下了合理的空间,既确保了电影的科学严谨又给艺术创造留下来空间,这是这个电影的审美创造原则。

演讲嘉宾张双南:《借你一双‘慧眼’,去看宇宙之美》

回到大脑审美的两个要素,第一个要素是“没缺陷”,《星际穿越》在哪个方面是“没缺陷”的?

第一它传递的是正科学。黑洞、虫洞、五维时空、引力波、量子引力、终极科学理论、潮汐力、相对时间等等,是正确的科学理论,或者是科学正在探索的部分,虽然不知道它是正确还是错误,但是基于坚实的科学传递的正科学,不是胡编的东西。

第二传递的是正能量。是什么正能量?关于人类的命运、关于父女之爱、关于英雄救美、英雄不死、大团圆、人类最终成功星际移民,传递的是正能量。

正科学和正能量就是《星际穿越》的“没缺陷”。

《星际穿越》还有“不常见”。它的“不常见”体现在各种悬念和包袱,悬念从一开始就有,包袱从一开始就有,甚至电影结束了,有些包袱已经抖出来了,我们还没有理解。这就是为什么从2014年后一两年,我到处去解读《星际穿越》——它给你设了很多悬念、很多包袱,这些都是它的“不常见”,包括父女经历的各种怪事,如何去黑洞如何从黑洞逃出来如何隔空传递信息,在五维时空里面信息到底怎么传到地球上来的——很多悬念和很多包袱。

另外,电影里有很多黑科技对我们来讲也是“很不常见”的,比如说利用虫洞发现引力波,利用虫洞进行穿越,非常高的巨浪,用引力波传递信息,还有漂亮的不得了的绚丽的黑洞等等。各种黑科技给我们带来了“不常见”的体验。这部电影非常的成功,是科幻电影审美创造的典范,它在科学和人文情怀做到了极致,做到极致当然就是“不常见”。

它最终给我们带来的是“完全没缺陷”“极端不常见”的审美体验,可以说这个电影是一个美哭的电影。这就是为什么这部电影创造了当时全球票房的第一,能够跨越文化跨越地域,在哪里都得到非常高的赞美。

在电影当中是怎么“发现”的引力波?他们听到了引力波的信号,在天文观测设备上发现时空发生了畸变。他们发现48年前出现了一个虫洞,引力波的信号通过那个虫洞传递过来,引力波就是时空的畸变,通过虫洞发现了引力波。穿过这个虫洞,电影上面飞船瞬时可以到达遥远的黑洞,瞬时回来,实现穿越。这就是为什么男一号回来之后还很年轻,地球上的人们已经非常老了,他女儿已经老得在病房里面了。然而现实里,天文学家还没有发现虫洞,所以科学研究不能依靠科幻。

索恩2017年获得诺贝尔物理学奖,他到底是怎么探测到引力波的?给大家做一个简单的介绍。

科学家们用的是激光干涉引力波天文台,简称LIGO,来探测引力波。这个探测器是在沙漠的两条四公里长的管道,当引力波到达的时候,两个真空管道一个变长一个变短,如果探测到了这个变化就探测到了引力波。在真空管道里面,激光来回地反射,用激光测距。激光测距是今天人类常用的一个测距手段,原理上并不复杂。

索恩从80年代就开始带领团队做引力波的探测,直到2017年才获得诺贝尔奖,他们用了30多年的时间才终于实现了引力波探测,原因就在于需要建造一个地球上有史以来最精密的距离测量仪器。

当1916年爱因斯坦预言引力波应该存在的时候,爱因斯坦同时说:人类永远也不可能探测到引力波,因为要探测引力波需要仪器的精密程度,人类永远也不能做到的。不是说今年做不到50年做不到100年做不到,爱因斯坦说永远也做不到。但是这批天文学家们表示不服,坚决不信这个邪。他们坚持做了几十年,做成了地球上最精密的仪器,可以测量到极小的距离的变化。

我刚才给大家讲引力波到达时LIGO的两个管道一个变长一个变短,到底变了多少?变了米。我们头发丝是米,比头发丝小1万倍是原子的大小,比原子再小10万倍是原子核的大小,比原子核再小1000倍,才是米。他们要的是米,要探测的是比原子核还小1000倍的这么点距离的变化。

这个团队花了几十年的时间,一千名科学家用了美国科学基金会历史上最大的一笔钱,建造了这个探测器,终于达到了这个精度。2016年2月11日,团队当时的负责人(索恩教授多年前已经退休)宣布爱因斯坦100年前预言的引力波终于被人类听到了。

那我们“听到”的引力波到底是什么?

这件事发生在13亿年之前,13亿年之前产生的引力波一直向地球旅行,最近终于到达了我们的地球,让地球有了一点点的变化。实际上变化是非常小的,在这个探测器里面,人们终于“听到”了引力波的信号。

我为什么用“听”?大家可以看到这种距离的变化是振动,非常类似于声音的传播。我说话的声音各位听到了,并不是我的吐沫星子跑到你的耳朵里面去了,而是我说话的时候推动了我附近的空气振动,我附近空气分子的振动推动了它前面分子的振动,这个振动传到了你的耳朵里面,让你的耳膜发生了振动,你就听到声音了。刚才给大家看的那个视频也是一样,是引力波让空间有了一个振动,这个振动最终传到了引力波探测器上面,被探测到了。所以引力波探测器是人类的助听器,可以听到宇宙的声音。

2016年2月11日美国这个团队宣布发现引力波的时候,我非常地激动,在朋友圈里连续两天分别发了两个东西,第一个是一首诗《引力波和纠缠态》,第二个就是一篇文章叫做《美猴王驾到引力波的八卦终于可以说了》。我在这个题目上把引力波的探测叫做“美猴王驾到”,而这个“美”就是我们审美的“美”,我把它叫做美猴王,美猴王的意思是猴年当年最“美”的科学事件。

探测到引力波怎么会变成很“美”的一个科学事件了,这跟审美又有什么关系呢?为什么发现引力波我把它称为美猴王?

再看看我们审美的两个要素,从科学家的角度,当我们知道引力波被探测到时候,我们觉得非常的美。

演讲嘉宾张双南:《借你一双‘慧眼’,去看宇宙之美》

审美第一个要素“完全没缺陷”,看看它是怎么体现出来的。它验证了引力波的探测原理,这点非常地重要。当引力波终于被发现之后,这个团队的另外一个负责人,麻省理工学院的教授韦斯,他是最早的发起人,最后他和索恩合作做了引力波的探测。他说:我终于可以睡着觉了!这么多年我真的睡不着觉,我不知道这个探测原理对还是不对,我忽悠了一千多个人跟着我干了30多年,如果这个原理是不对的,怎么给别人交代?他终于可以睡着觉了,说明这个探测原理是对的。同时,它验证了广义相对论的引力波预言。爱因斯坦1916年根据他的广义相对论预言了引力波,100年之后终于被探测到了。据我所知,这是人类历史第一个科学发现距离他的预言时间这么长,用了一个世纪的时间。

审美第二个要素,“极端不常见”。几十年的努力,地球上最精密的距离变化测量仪器,几十年来发表的第一篇正式的有科学结果的论文,我从来没有见过任何一个科学团队,搞了几十年还没有解散,也没发表什么像样的论文,第一篇科学论文就获得了诺贝尔物理学奖,而且这篇论文有上百个单位参与,上千位作者。当时是春节期间,所有人的手机大概都被这个事件刷屏了。还创造了五个“第一次”,是不是非常“不常见”?第一次直接听到引力波;第一次利用一种从来没有被探测到的信号探测宇宙;第一次真正发现了两个黑洞在一起的系统;第一次听到了两个黑洞的并合;第一次发现了两个大约30倍太阳质量的黑洞,这也是完全的意外。

所以,这个引力波的探测事件是“完全没缺陷”、“极端不常见”,把它称为“美哭”的科学事件是完全可以的。

截止到2017年8月14号,这个团队已经“听”到了五例黑洞并合的引力波的优美声音。但是,其他的天文学家,包括造望远镜的这些人,没有“看”到这两个黑洞并合在一起产生引力波——没有看到任何的光信号产生或者电磁波信号产生,一个也没有。他们在那里听,我们这些人死活看不到东西。

在LIGO “听”到引力波之前,天文学家们建了很多天文望远镜,中国也有很多。但望远镜是看宇宙的,看到的是非常安静的、一点声音都没有的宇宙,不能听。以前天文学家都是聋子,他们从来没有给你们听过宇宙的声音,只是给你们看照片,说这个漂亮那个漂亮,因为我们听不到,我们是聋子。

终于,LIGO可以听到引力波的雷鸣了,两个黑洞并合在一起的雷鸣。但是我们把望远镜指过去,什么信号也看不到。难道我们就是看不到引力波并合在一起的闪电吗?听到了雷鸣看不到闪电,难道天文学家又变成瞎子了?

天文学家是非聋即瞎吗?

这就是有缺陷,所以不能称我们做的事情是完美的。这个情况好像在傍晚的沙滩上听到了美妙的歌声,每一位都想看到她,特别想看到发出这样美妙歌声的女神到底长得什么样。

2017年10月16日有一个全球大新闻,这个新闻说:终于看到了。

这张图是“我是科学家”发的一篇文章,介绍天文学家为什么那么开心。当时全球各地同步做了新闻发布,在美国马里兰地区甚至一天做了两次新闻发布。我记得当时“我是科学家”的吴欧主编问我了一句话,说你们天文学家不就是看到信号了吗,咋这么开心咋这么激动?我们非常开心非常激动。原因在于这是人类第一次同时听到和看到一次宇宙深处的剧烈爆发现象。任何时候第一次都是不得了的,在那之前是非聋即瞎,而这次我们耳聪目明了,终于证明了我们看到的两个中子星相爱结合迸发出的雷鸣的电闪。

这个事件被评为2017年的头号科学突破,叫做“中子星并合宇宙大会合”。全球天文学家狂欢,参加了这件事情的科学家都在狂欢。有多少人参加了呢?这是一个创记录的全球空间和地面望远镜的大联测。三组引力波探测器,美国的两个欧洲的一个,三个都听到引力波信号的声音。成堆的天文望远镜加入了对这个事情的观测。

从去年8月17号开始观测,发现了这两个中子星并合产生的引力波信号,全球的天文学家就开始观测。中国干什么了?中国处于北半球。这个现象发生在南半天球,所以我们北半球的望远镜看不到它。中国在南极有一个望远镜,南极望远镜加入了观测,也看到了。中国在空间还有一个望远镜,就是中国的“慧眼”天文卫星。当时天上一共有七个空间天文望远镜对这个引力波事件进行了观测,我们中国的“慧眼”卫星是其中一个。

我给大家介绍一下“慧眼”卫星的历史。

上世纪70年代到80年代的时候,我们希望能够在太空中观测宇宙、研究宇宙,但是我们国家当时还没有条件造天文卫星。那时候的科学家们就自己造了非常大的气球,把天文仪器带到大气层的顶部做观测。我在1984年的时候开始参加这样的实验。

很多年之后,1993年科学家们提出来我们国家应该造一个天文卫星来做这件事情,因为在气球上做观测非常的困难。从1993年提出,经历了18年,到2011年这个项目才得到了国家的支持才正式开始研究,经历了非常长的时间。在这个过程中,有二、三代科学家的努力。当时提出这个项目的科学家是我研究生的导师李惕碚院士。

2011年这个项目被国家批准。同一年,我们国家非常重要的科学家、物理学家,也是我们国家这个领域的奠基人何泽慧院士去世了,她也是我在高能所的指导老师。因此,这个卫星就命名为“慧眼”卫星,这个“慧”就是何泽慧的慧。何泽慧先生去世了,她的眼睛留在太空中,给我们带来宇宙之美。我把何泽慧称为“四高”女神:高颜值,大家可以看到她年轻的时候的照片,高智商,高情商,你如果和她谈话非常地愉快,还有高品德。她的各个方面都完美无瑕,是“四高”女神,美的极致!

去年6月15号,这个卫星在酒泉卫星发射中心发射成功,这是我猴年的第二个愿望。我猴年有三个愿望,一个愿望是发现引力波,另外一个愿望是我们的“慧眼”卫星发射。当然“慧眼”卫星没有在猴年发射,推迟了一点,不是我们的错,因为本来要在猴年发射的,但是猴年的时候我们国家的运载火箭出了一点问题,推迟了。猴年我的另外一个愿望,我们的团队所做的另外一个空间仪器—-“天极”望远镜,昵称“小蜜蜂”,成功地发射运行了。我猴年的三个愿望,两个在猴年实现了,第三个去年也实现了。

今年新年贺词,习主席在提到我们国家科技创新成就的时候,第一句话讲的就是“慧眼”卫星遨游太空。“慧眼”卫星不仅仅是我们团队也是我们国家非常重要的进步。

给大家讲了那么多,“慧眼”卫星真实的情况怎么样?

这是“慧眼”卫星,全称是硬X射线调制望远镜卫星,英文就是Hard X-ray Modulation Telescope,缩写HXMT。大家看到下面是我们团队的成员,排成的“HXMT”字形,刚才给大家唱歌的姑娘和小孩子们好多在阵列里面,他们参加了卫星的研制也参加了卫星在发射场的调试和发射过程。

这个卫星上面没有你熟悉的天文望远镜,你看到的天文望远镜通常有个圆顶,圆顶打开之后有一个镜筒。我们这个望远镜是个不拍照片的X射线望远镜。不拍照片怎么带来宇宙之美?如果按照我前面给大家讲的审美判断,没有照片你也可以欣赏宇宙之美了。

演讲嘉宾张双南:《借你一双‘慧眼’,去看宇宙之美》

首先给大家介绍一下“慧眼”卫星可以干的几件事情,比方说可以探测宇宙最剧烈的爆发,不是我们所熟悉的超新星爆发,超新星爆发的总能量不到伽马射线暴的0.1‰。

慧眼卫星在伽马射线暴探测方面有很大的能力。一个大质量的恒星演化形成黑洞,形成黑洞的过程中产生剧烈的伽马射线爆发。或者两个中子星并合在一起,产生一个剧烈爆发,都会产生伽马射线暴,比超新星爆发亮至少一千倍。我们卫星已经确认探测到了100多个伽马射线暴。这个能力在我们研制这个卫星的时候并不知道,是卫星已经研制结束,仪器已经装到卫星上准备要运走的时候,我带领团队才开发出来的新能力,完全是一个意外。

利用这个能力,我们参加了引力波的闪电探测,不仅仅参加了刚才讲的那个大新闻,之前我们已经参加过好几次了,只不过有时候被LIGO这个团队忽悠了而已。为了保证你一直在跟着他的步调在有了引力波的时候立刻去观测,这个团队有一个秘密的四人小组,他们会在信号里面注入一些人造的信号并且不告诉其他人,这个团队另外一些人探测到引力波之后会告诉我们又发现引力波在哪赶紧去看,我们跟着去看了,过后,他们说这是演习。这一次双中子星爆发是真的,我们也参加了,这个仪器是国际上伽马射线能区灵敏度最好的,完整地监测了引力波爆发过程。尽管我们没有探测到明显的信号,但是我们对于伽马射线能区的辐射给了最严格的限制,也是重要的科学成果。

科学研究,看到了信号是结果,没看到信号也是结果。有时候没有看到信号可能结果更加重要。因此,我们参加了全球的大联测。

这上面的图给大家看的左边是引力波的信号,右边是别人的仪器探测到的伽马射线的信号。我们这个仪器的名字,大家看底下Insight-HXMT(“慧眼”卫星的英文名字)也在上面。我们虽然对这张图上的数据没有贡献,但是对于它的限制给出了贡献。

“慧眼”卫星参加了这么一个历史性的文章,这篇文章非常有意思。见过学术论文就知道,学术论文一般的题目下面是作者名字,作者名字下面是作者单位。这篇论文不是这样,题目下面是70个合作团队,其中一个合作团队就是我们“慧眼”卫星(Insight-HXMT),另外还有一个合作团队是南极上面的中国的望远镜团队。我们“慧眼”卫星排第七,还是非常靠前的。这篇论文将近一千个研究单位3000多个作者。我们团队的创始人,也是这个卫星的前任首席科学家李惕碚院士带领我们团队110位作者参加了这篇论文。

除了做伽马射线暴的探测之外,我们也做别的观测,比如说“活捉黑洞”就是我们的一个主要任务。

黑洞平时隐藏得很深,看不到它,中子星也是这样,平时很难看到。它们脾气很暴躁,一旦你给它扔东西的时候,物质到了黑洞或者中子星附近,立刻就会转化成X线和伽马射线辐射,这个时候看到它了,我们就要把它活捉住研究。

比如说黑洞附近有一个恒星,恒星是一个非常热的气体球,它的气体会在黑洞强烈的引力吸引下往黑洞跑,跑到黑洞附近产生X线和伽马射线。我们看银河系里面有很多黑洞和中子星经常都在干这个事情。平时看不到它,突然变得活动,我们就是要活捉它们,研究这些黑洞什么时候活动,怎么活动,怎么发脾气的,对于理解黑洞的性质甚至于检验广义相对论理论都非常有帮助,“慧眼”卫星就是做这个工作的。我们用卫星对整个银河系进行扫描,扫描的过程中如果这些黑洞和中子星发火了,我们就能看到。

“慧眼”是6月15号发射的,一个月之后我们对银河系中心进行了扫描,这是扫描到的原始数据,再利用李惕碚院士等发展的成像方法,把银河系中心的天图就做了出来。我们不断地做银河系各个区域的天图,就可以知道银河系里哪些黑洞什么时候在活动,哪些中子星什么时候做了什么奇怪的事情。

除了活捉它们之外,还要仔细地研究它的性质。

比如这是某一个中子星,它在活动时候被我们捉到了,捉到之后就研究中子星的磁场有多强。地球表面的磁场一般是1高斯,1特斯拉是10000高斯。地球人造实验室里面能造的最强的磁场是10特斯拉。这些中子星的磁场理论上能够达到上亿特斯拉,但是直接测量非常困难,我们利用它们产生的X射线信号直接测量到了宇宙中最强的磁场,这是“慧眼卫星”目前很重要的一个成果。

这是我们看到的黑洞吸积盘周围的一个新现象。我刚才讲到,物质往黑洞跑的时候,不是一头扎到黑洞里面,而是在黑洞附近形成一个盘状的结构,由于角动量守恒,这个盘就会发生振动,振动给我们带来黑洞的信息。以前测量到的振动只在比较低能的X射线测到,这一次我们把这个振动测量到了100千电子伏。最近我们团队研究发现,测量到的结果很难用以前的吸积盘振动模型来解释,很可能需要用相对论喷流的特殊进动来解释。黑洞附近会产生非常类似于产生伽马暴时候的相对论的喷流,这些喷流的速度基本上是光速。我们看到了这么有趣的现象。

最后给大家看一下“慧眼”天文卫星的“没缺陷”“不常见”体现在什么地方,为什么我们觉得“慧眼”天文卫星,以及它的科学成果非常地美。

去年6月15日发射,8月17日在我们还没有完成在轨测试,还在进行检测卫星的时候,“慧眼”就参加了双中子星并合引力波爆发的全球最大规模的多信使观测,这个时候“慧眼”卫星才第一次对外发布了结果——本来我们应该在一年之后发布结果的,由于这个事件发生了,提前发布了我们的结果。而且我们利用了“慧眼”卫星建造之后才发现的伽马暴的探测能力(在“慧眼”卫星建造之前我们不知道它有这个能力),对我们是一个惊喜,也是一个意外。

我们随时准备活捉银河系内的黑洞和中子星,这个方法是利用了中国科学家的科学思想设计的银河系的巡天能力,对我们来讲也是非常的“没缺陷”,对于国际上来讲也是一个“不常见”的行为。通过高精度的观测,直接测量到了宇宙当中最强的磁场,这是极端不常见的一件事情。利用这样强的磁场,可以研究在地球的实验室里面没有办法研究的一些科学现象。我们观察到了黑洞附近准周期震荡最高的X射线能量,也许这是第一次发现黑洞周围的喷流产生出来的极端相对论的喷流在进动,这很可能是第一次的科学发现。

还有一系列的科学发现正在排队新鲜出炉当中,我们的团队不断地在写科学论文,包括国际上一些团队也用我们的数据在写科学论文。因此,“慧眼卫星”是我心中最美的那颗星,因为这个原因,我才把那首歌改成了《慧眼星愿》,才有我们团队在开始的时候给大家做了精彩的合唱表演。

谢谢大家。

演讲嘉宾张双南:《借你一双‘慧眼’,去看宇宙之美》

野蛮、习俗、成长:人们为什么打耳洞?

(vicko238/编译,文章有删节)还记得打耳洞时的场景吗?对十几岁的女孩来说,打耳洞就像第一次穿高跟鞋,标志着生命阶段的转变。当然,现在回过头看看那时的你多么年轻,不过当时,你以为自己已经步入成熟。

成年,你的名字是我耳上的小洞。

图片来源:pixabay

人们为什么在最初赋予耳洞这些意义?刺穿耳垂,穿入漂亮的装饰品,想想就很怪异。但你可能不会因此放弃。对于恳求父母允许或必须等到一定年龄的人,事情加倍复杂。如同你喜爱的衣服会成为生命故事的一部分,你的耳洞也会。

很难找到多少人打过耳洞的确切资料。在美国,一份网络统计结果称大约83%的人有耳洞。2005年《芝加哥论坛报》(Chicago Tribune)一篇文章中指出约10~20%的美国女性没有耳洞。在完成这篇报道的过程中,没有任何行业内的专业人士能指出确切的数字。没人费心去寻找结论的原因,也许是打耳洞太过平常,没什么争议性。

但曾经不是这样。

耳洞意味着什么?

人类有数千年的打耳洞历史。在古埃及,男性和女性都打耳洞;《圣经》中提到过耳饰。“人类佩戴饰品,把东西放在脖子上、手腕上或手指上是件自然的事,然后是把东西放在耳朵上。”纽约珠宝设计师安娜·谢菲尔德(Anna Sheffield)这样说。

在《耳环的古今通俗史》(I Love Those Earrings: A Popular History From Ancient to Modern)一书中,作者写到古代凯尔特人和达西亚人(古代色雷斯人的一支)佩戴耳饰,款式和材料随时间演变,到维多利亚时代依旧延续着重要意义。随后,在19世纪晚期至20世纪早期,虽然耳饰没有沦落到潮流之外,但穿刺却不再流行。不需要孔的耳扣和耳夹受到广泛欢迎。(这也是为什么古着店有大量耳夹的原因。)

 古埃及十八王朝,图特摩斯三世时期 (1479-1425 B.C.)金耳环。图片来源:Aryeh Shershow/Wikimedia Commons

据《文物周刊》(Antique Week),当时“有耳洞的耳朵不仅不时尚,而且被看做对身体的野蛮摧残,更糟的是,体现出打耳洞者的品德缺陷。”《时尚的耳朵》(The Fashionable Ear: A History of Ear-Piercing Trends for Men and Women)的作者斯坦因巴赫(Ronald D. Steinbach)解释道,“虽然世界各地的女性打了几千年耳洞,但这个传统在19世纪80年代的美国逐渐消亡。女性要投票权,要穿裤子,要从不实用的衣服中解脱出来、从打耳洞这类(男性不必承受的)野蛮风俗中解脱出来。”

直到20世纪50年代末,耳洞潮流复活。1965年《纽约时报》一篇文章观察到“女孩们收集穿刺耳饰就像囤积披头士专辑一样贪婪。”报纸写道:“在十几到二十年之前的美国,穿孔的耳垂被认为是非本土生人或拉美、东欧裔的第一代移民。”现在谁还知道一个小孔能触发排外情绪?

多年以后,《纽约时报》甚至这样总结:“不久之前,耳洞被联系到移民、吉普赛人或海盗。直到一切风俗发生变化的20世纪60年代,更多美国女人开始去打耳洞。”

法罗在《小城风雨》中扮演角色(Allison MacKenzie)。图片来源:《小城风雨》

在《时尚的耳朵》中,女演员米亚·法罗(Mia Farrow)被单独作为有影响力的打耳洞先锋。小说家劳拉·维纶切克(Laura Wallencheck)在解释中说,“法罗耳朵上又酷又可爱的小珍珠耳钉把周围闪晕了,她在电视剧《小城风雨》(Peyton Place)里的角色让六十年代的女孩蜂拥而出,秘密结对地搜寻软木塞、针、线、火柴和酒精棉:‘你给我打耳洞,如果我没死就再给你打。’”

那时,没有太多打耳洞的商业场所——这些连锁店到60年代末才出现——所以人们亲自动手。工具是旧针和土豆。先用冰块麻木耳垂,再把针戳进土豆或软木塞里来扎耳朵。在网上,你能找到女性业余打耳朵孔的记载:“1964年圣诞节前,我给自己双耳打了耳洞,”一位女性在论坛中写道。“我手里拿着曲别针,用点燃的火柴消毒。再用酒精擦干净针和我的两只耳朵。我试着把冰块放在耳朵后面,但两只手不够同时控制曲别针、冰块和我的耳朵。所以我把冰块扔进水池,然后用针刺穿耳朵。”

打耳洞这件事上,多少存在代际趋势,虽然常常被打破。如果你的妈妈小时候打过耳洞,你可能会做同样的事。如果她没有,你可能也不会打。如果你有女儿,那可能会延续这个传统。“我十岁时打了耳洞,从一年多以前就开始倒计时了,”一家珠宝品牌创始人兼创意总监罗尼·瓦蒂( Rony Vardi)这样说。“那时,我百分百确定那让我看起来更成熟、更有魅力。我不认为自己当时想错了。耳饰可以很大程度改变你的脸型和气质。现在,我女儿下个月就要在她10岁生日时打耳洞了,我能想到她像我小时候一样激动。”

成年,你的名字是我耳上的小洞。图片来源:pixabay

虽然现在美国小学生有耳洞的情况并不罕见,但一些家长还是试着把孩子拖到青春期再打耳洞。

他们的担忧不止耳朵上的洞,这与成长相关,而且不是毫无根据的。虽然耳洞可能让他们联想到过去的坏女孩,但更重要的是,耳洞标志着一些事情的开始——很快你会化妆、脱毛、参加舞会、谈恋爱——也许童年会渐渐结束。如果你想升华一下,小说家莱斯利·贾米森(Leslie Jamison)的“女性疼痛大统一理论”可能会契合:为美丽而受苦不是一种女性独有的苦难吗?

人生大事与打耳洞

现在,打耳洞或许不必考虑很多,但对象是婴儿时情况不同。在一些文化背景下(比如拉丁美洲或印度),给女婴打耳洞是习俗。这是在打耳洞上为数不多的争议之一。你能在网上找到无数婴儿是否该为自己做决定的辩论。

2014年,瑞秋·史密斯(Rachel Smith)在纽约开办了一家打耳洞诊所,为婴儿和儿童提供耳洞穿刺服务(意外的是许多成年人也会来这里)。史密斯是一名注册护士,美国各地都可以找到有医疗背景的人经营类似的私人诊所。

这天,一对夫妻带来了他们7个月大的女儿。耳洞枪“咔哒”过后几分钟,女孩不再尖叫,恢复如初。她的母亲是印度裔美国人,父亲是白人。

哥斯达黎加女婴的耳洞。图片来源:Wikimedia Commons

女孩母亲解释道,孩子父亲一家想等到八岁再完成这件“人生大事”(rite of passage)。但她认为,“不,不能这样。这对耳环是她的出生礼物。我们喜欢这种传统。”这位母亲在她还是婴儿时打了耳洞,并想让自己的女儿也有相同的经历,即使没有特别明确的论点。“我不知道他们为什么这么做。但每个印度女孩都会在小时候打耳洞。穿孔、戴首饰,在印度是种财富的象征。”

“婴儿打耳洞的故事都差不多。”史密斯总结道,“这是非常文化相关的东西。一般来说黑人和拉丁裔会把婴儿带过来,耳洞是性别标志。”

27岁的桑德拉·古铁雷斯(Sandra Gutierrez)也来到这家机构,她耳朵敏感,到这里挑选医用级别的耳饰。她的丈夫决定在此期间打上耳洞。“啊,这还没有挤痘痘疼,”他在结束后对古铁雷斯说。对他来说,耳洞与人生大事完全无关,“除了样子变了,没有别的意义。”

打耳洞。图片来源: Robert Gilbertson/Wikimedia Commons

但古铁雷斯还记得耳饰曾经让她与别人不同。婴儿时代,她在秘鲁打了耳洞。但在美国德克萨斯州长大时,古铁雷斯憎恨耳朵上的小孔。“我记得非常小的时候,有一次我感到父母没有问过我就给我打耳洞是不公平的,”她说,“有一、两年,我在意得要把耳环摘下来,换上其他女孩戴的贴纸。因为我不想别人对我的耳朵开玩笑,不想让别人碰它们,不想让其他父母知道我有耳洞。我不想感到特殊。”

对与大一些的儿童,人们似乎认为10岁是合适的年龄。“我遇上过很多10岁生日,”史密斯说,“在10岁生日时,人们来到城里大商场,办个小聚会然后打耳洞。我发现10岁是打耳洞的好日子。”

但文化差异持续让史密斯吃惊。“每周都有中国和韩国女性过来,很多很多,都是成年人。他们都在20岁左右第一次打耳洞,上大学的时候,或者是结婚、在公司里找到工作的时候。我今早在想,在那种文化中,人生大事是多么不同啊,更加复杂。”的确,那天下午来了两个纽约大学的中国本科生,都是第一次打耳洞。

油画《带珍珠耳环的少女》,Johannes Vermeer 创作于1665年。图片来源:Wikimedia Commons

如今,在美国社会主流,打耳洞从坏女孩的标志变成了每个女孩渴望的事。而近些年纹身与身体穿刺在重复这个轨迹,曾经受到争议或被极端化,现在成为一件平常事。

用安娜·谢菲尔德的话说,耳上的小孔是“我在9岁、10岁、11岁、12岁、13岁、14岁、15岁做出的微小决定,打了越来越多的耳洞,再然后是纹身,它们组成了现在的我。这些痕迹会成为你的一部分,也会成为你诉说自己的方式。”

(编辑:Ent)

题图来源:pixabay

编译来源

Racked. All ears.

你身体里的细胞都恋爱了,可你还是只单身汪

我们生活在一个处处都是病菌的环境中,你现在能悠闲惬意地刷手机,免疫系统功不可没。白细胞家族的成员时时刻刻准备着奔赴战场,跟病菌们来一场壮烈的厮杀

前方中性粒细胞高燃出镜!↓↓猛戳视频↓↓

 

凄美的爱情故事

作品中同一个中性粒细胞每次都会登场,英勇杀敌之余也总不忘关照一下女主角红细胞,场面温馨和谐。

动画《工作细胞》中认真工作的红细胞。图片来源:《工作细胞》

而现实中,中性粒细胞的一生其实显得更加悲壮。这些细胞的寿命非常短,只有短短几天时间,而且杀灭病原体的同时又经常牺牲自己。

与病菌英勇厮杀的白细胞。图片来源:《工作细胞》

红细胞的平均寿命大约有120天,相比之下要长寿得多。因此看到女主角问男主角“我们还能再见吗”的时候,总觉得这是个相当悲伤的问题……

数量庞大的英勇战士

在我们体内,每天都有10的11次方数量级(千亿)新的中性粒细胞诞生。这些细胞是在白细胞中占比最多的一种,当感染发生时,它们也是最快赶到战场的一批。血液中的中性粒细胞会在化学分子的引导下穿过血管壁,钻进受感染的组织

中性粒细胞的3D模型。图片来源:blausen.com

中性粒细胞杀灭细菌的常规方法是把细菌吞噬,它们也可以通过“脱颗粒”作用释放抗菌物质,对细菌进行“远程杀伤”。而最令人震撼的则是它们的第三种终极攻击方式:用自己的血肉之躯组成一张“网”

这种不寻常的自杀式攻击被称为“中性粒细胞外陷阱”(Neutrophil Extracellular Traps,NETs),直到2004年,科学家们才发现了它。

2004年,《科学》的一篇封面文章揭示了中性粒细胞不为人知的“秘密武器”。图片来源:Science

实行这种攻击时,中性粒细胞会像“自爆”一样把自身结构完全破坏,释放出大量DNA、蛋白质等成分,用它们困住细菌

当我看到显微镜下的这张“抗菌天网”时,我只想说:

这些小细胞们是真正的英雄。

(撰文:窗敲雨    编辑:八云)

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这片成精的“芭蕉叶”,竟是地球上最古老的动物?

|· 本文来自“我是科学家”·|

要是哪个电影导演为设计外星生物形象而发愁,那不妨从埃迪卡拉生物群(Ediacaran biota)的化石上找找灵感。这群史前生物存活于5.7~5.4亿年前的海底,而论奇形怪状的程度,它们可能比许多电影还“科幻”得多。

埃迪卡拉生物群想象复原图,颇有一番“异球风情”。图片来源:Ryan Somma|Wikimedia

为了给埃迪卡拉动物群的诸多奇异生物化石分类、认种,科学家们已经用上了半个多世纪的光阴。其中,给一种像芭蕉叶子一样、圆圆扁扁的生物进行分类最伤脑筋。它的名字,叫做狄更逊水母(Dickinsonia)。

科学家对狄更逊水母的分门别类一直在争论,人们甚至搞不清楚它到底是真菌还是动物。直到近期,一项发表在《科学》(Science)上的最新研究通过分子化石证据表明:这片“芭蕉叶”,竟然是目前人类已知的、最古老的动物之一[1]

这片“芭蕉叶”就是狄更逊水母的化石,内含有机分子,宽度约5.5cm。 图片来源:参考文献[1]

充满“异球风情”的埃迪卡拉生物群

如果把生物进化比作演出,那么第一个盛大开场的节目肯定要数 “寒武纪生命大爆发”了。5亿年前的寒武纪生物能为人熟知,是因为绝大多数动物的祖先就是那时候诞生的。其实,早在寒武纪之前,地球上就已经出现了年代更加古老的埃迪卡拉生物群(距今5.7~5.4亿年前)。

埃迪卡拉生物群最初被发现于上世纪六十年代,澳大利亚南部的埃迪卡拉山石英砂岩中[2]。其包含的生物种类极其丰富,从细菌、真菌,到动物全都有。只可惜,这些生物很多是“昙花一现”,出现得快,灭绝得也快,只有极少的生物门类演化至今。所以,它就像是寒武纪节目开演之前的一场排练。

虽是排练,但它们在进化史上依然具有非凡的意义。对科学家而言,如果可以清楚辨识该生物群的成员分类,那我们就能知道,寒武纪生物的祖先是不是早在埃迪卡拉生物群中就已经“粉墨登场”了?

起先,该生物群中的一些化石被想当然地鉴定成各种动物,但是越来越精细的研究却发现,想给它们分门别类真的是太难了!

一方面,埃迪卡拉生物群都是软体生物,所以化石保存至今大多残缺不全。另一方面,这些生物的形态实在“离谱”,犹如一个个外星来客。它们有的像肉嘟嘟的羽毛,有的像飞碟,甚至还有种状如披萨饼的金伯拉虫(Kimberella)。面对它们,科学家很难将其与后来的生物进行对比,更别提把它们归入现有的生物分类体系中去了。

埃迪卡拉动物群一瞥,分别是金伯拉虫、环轮水母和斯普里格蠕虫。图片来源:Nobu Tamura;Matteo De Stefano;Verisimilus | Wikimedia

狄更逊水母之谜:我叫水母,但绝对不是拌凉菜的那种

正如我们前文所说,埃迪卡拉生物群中的狄更逊水母也遇到了着同样的难题。有人认为它们是一种真菌,或是单细胞原生生物,也有科学家将其视为一种极其古老的海洋动物。

对此,你可能会感觉疑惑:既然这些家伙都已经被称为水母了,那肯定是刺胞动物的一种呀,怎么科学家还不知道如何给它们分类呢?

其实,“水母”只是它在国内常用的汉语名称而已,它们和今天能凉拌黄瓜、吃起来咯吱脆的水母可不是一回事!在其拉丁文学名Dickinsonia中并无“水母”之含义,并且也有学者主张将它翻译为狄更逊蠕虫。就形态而言,目前我们只知道它两侧对称,有着分节的身体和一条纵贯躯体的中心轴,形似一个表面纹理呈肋状的椭圆盘。仅凭这些信息,科学家们只能对其分类位置进行有限的推测,并且还陷入了旷日持久的争论之中。

几种常见的狄更逊水母背部轮廓图。图片来源:Aleksey Nagovitsyn |Wikimedia

主张狄更逊水母是动物的人提出证据说,这些生物的外形特征与后来出现的扁盘动物(Placozoa)非常类似,并且体型也比较大,所以应当是一种多细胞的海洋动物。

可是,反对者们也提出了不少证据:狄更逊水母背面、腹面无区别,从化石印痕上看,没有嘴巴和消化道,更像是现代的原生生物(简单的单细胞真核生物,比如一些藻类)。至于体型,现代的原生生物可以长到25厘米大,完全能比得上动物。并且,狄更逊水母体型变异范围很大,最小的只有4毫米,最大的能达到1.4米长,这一点就和原生生物更像了。

看来,光靠有限的形态信息很难给狄更逊水母一个妥当的“名分”。那我们能否在其他方面做些突破呢?这时候,分子证据就派上了用场。

分子化石如何为我们解答问题

所谓分子化石,是指化石中残存的DNA、蛋白质等肉眼看不到的化学物质,它们往往能给古生物研究提供意想不到的珍贵信息。而这一次,来自澳大利亚、俄罗斯等国的科学家团队则把目光瞄准了狄更逊水母的脂质残存物。

研究者分析了俄罗斯白海地区出土的狄更逊水母化石,它有着稳定的沉积环境,保存状况良好。即使历经5亿余年沧桑之变,仍然能让我们捕捉到其中残存的油脂物质特异信号。不过,科学家究竟要如何利用这些古老的分子证据,来把狄更逊水母放进生物演化树上呢?

原来,真核生物与其他类型的生命形式(如细菌)相比,最大的不同就在于细胞膜的结构。真核细胞膜受到一种称为固醇的高油酸酯强化,从而增强了细胞膜的刚性,使之在极端条件下,依旧能保持细胞的完整性[3]。在地球上,只有真核生物能制造这种含固醇的油脂分子。所以,只要是在岩石中发现了这样的化学信号,就能证明真核生物曾经活生生地存在过。

果不其然,研究者在狄更逊水母的化石中检测到了固醇残留物的信号,说明其确实是一种真核生物。但仅仅如此还不够,我们还得说明狄更逊水母是动物还是原生生物。

接下来,就要看固醇的具体成分了。即使同是真核生物,不同类别生物所产生的固醇种类及比例都不同。这些分子信号就像是生物门类的特征指纹,而通过分析化石中不同脂质分子的含量和比例,我们就可以知道生物所属的大致种类。

左图中的黑块是用酸处理过的狄更逊水母化石。右图镊子夹起的就是一小片狄更逊水母有机质。图片来源:参考文献[1]

动物细胞膜包含的固醇主要是胆固醇,而原生生物(如一些真菌、藻类)主要产生的则是麦角固醇。实验结果则显示,狄更逊水母化石中提取到的胆固醇含量十分丰富,居然高达99.7%。其麦角固醇的占比,最多只有0.23%。也就是说,依据固醇含量的标准来判别,狄更逊水母是如假包换的动物,而非更原始的原生生物。

考虑到狄更逊水母的久远年代(距今至少有5.58亿年),人们在一番比较后认为,狄更逊水母是迄今为止有记录的、地球上最古老的动物之一。

不过,狄更逊水母的故事到这里还是没有讲完。分子化石能告知的信息仍然有限,我们依旧不知它们究竟该放到哪一个动物门类中,又是否应当新建立一个门类。和大多数埃迪卡拉生物群的动物一样,狄更逊水母在繁盛了上千万年后最终灭绝。而在走向灭绝之前,这种美妙又奇异的生物有无可能进化出了新的形态,继续存留世间,而今天地球的某个角落有无可能繁衍着它们的遥远后代呢?

就姑且留着这些问题,继续让科学家们去继续探秘吧。(编辑:Kamin)

参考文献:

  1. Ilya Bobrovskiy*, Janet M. Hope, Andrey Ivantsov, et al. Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. 20 September 2018, Science 361, 1246 (2017)
  2. 戎嘉余主编,2018. 生物演化与环境,中国科学技术出版社.
  3. [美]卡尔·齐默著,唐嘉慧译,2017. 演化的故事:40亿年生命之旅,上海人民出版社

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