＜呦，科学！＞电子杂志２０１３年第一期创刊号发上来分享

赖仲da

       ###########2013年第1期创刊号###########
　　#############(呦，科学！)##############
　　有科学电子杂志社网络出刊.2013年3月9日创刊
　　########本期出刊日期为2013年3月9日#######
　　主编：司马一 订阅投稿邮箱：cctvzms@163.com
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　　创刊致词
　　*司马一
　　哈喽！亲爱的读者们大家好！今天我们《呦，科学！》杂志创刊了！欢迎你们看这本科普性的网络杂志，也欢迎你们免费订阅和投稿。我们杂志就是专门为满足大家对科学的兴趣爱好而诞生的，如果你觉得不错，欢迎推荐给朋友们诃。如果看完这本杂志，想提意见，我们一定会虚心接受的！
　　这本杂志是在很多科普作家、科技工作者的关怀下诞生的，我们自然希望杂志能够建设好，也希望读者能够喜欢。我们为此在杂志里开设了以下栏目：科普天地、科学小说、思想火花、读编交流，希望大家投稿！
　　###############呦，科学！#############
　　喝开水救了中国人
　　*刘 震
　　欧洲人的厄运
　　在欧美，人们千百年来的习惯就是直接 喝生水。据说随便一个土耳其人就可以 轻易辨别出各种水的细微差别，不管是 泉水、河水、井水。在卫生措施难以保 证的时代，欧洲由于饮水不洁造成的种 种瘟疫，尤其是霍乱，层出不穷。
　　在欧洲人引以为豪的古罗马文明时代， 整个古罗马城都没有完善的排水设施， 所有的城市生活污水和垃圾都排入一条 大排水沟中。于是这个流动的大垃圾箱 成了各种病体的携带者，它流到哪 里，就把疾病带到哪里。于是罗马就成 了瘟疫流行病的多发区。公元前33年、 公元65年、公元79年和公元162年，瘟 疫反复光顾这座文明之都，死者无数。
　　当时的罗马远郊专门挖了埋葬瘟疫罹难 者的万人坑。瘟疫过后，鼎盛时期一度 拥有100万居民的罗马城，人口锐减到 20多万，几乎变成一个小城镇。 为了抵抗病菌，欧洲人尽可能地少喝 水，渴了的话就喝酒，因为酒精毕竟可 以起到一定的杀菌作用。于是各种葡萄 酒、啤酒成了中世纪欧洲人生活的必需 品，如今法国葡萄酒、德国啤酒都成了 这些国家的文化象征，不知缘由的中国 人把洋酒看得颇为高尚，殊不知当年欧 洲人喝酒主要还是为了保命。
　　不过即便如此，欧洲人还是难逃厄运， 有些病菌，比如霍乱菌在酒精中仍可以 存活。因为饮水不洁，整个欧洲一次又 一次地遭受瘟疫的袭击，人口一次又一 次地削减到6000万以下，近一半的土地 常常渺无人烟，许多城市横尸遍野，十 室九空。 这种情况一直到19世纪仍在延续。比如 在英国，随着沿岸城市居民的增加，以 及造纸厂、肥皂厂、制革厂的建立，生 活污水、工业废水和其他污染物源源不 断地进入泰晤士河，各种动物的尸体也 顺流而下，直至腐烂而成垃圾。泰晤士 河无可阻挡地成了藏污纳垢之所，同样 是这一河水，在受到如此严重的污染之 后，却又被抽取，用沙过滤后，输入伦 敦，供家庭使用。水公司通常用瓶从泰 唔士河装水供应到酒馆、酿酒厂或其他 企业。 结果，从1831年到1854年，英国共流行 了四次大霍乱，其中1853年到1854年爆 发的霍乱疫症，导致一万多人死亡。 1892年，德国的汉堡也同样由于河水污 染严重，引发霍乱大流行，1.6万人患 病，8000人死亡。刚刚工业化的城市在 一次次传染病浪潮中受到巨大打击。
　　聪明的中国人
　　在现代卫生防疫体系建立起来之前，人 类似乎只能在致命的干渴和疫病之间徘 徊了。就没有别的办法了吗？聪明的古 代中国人早就发明了最为简单有效的办 法——喝开水。当西方人用水载着各种 细菌，喝进肚里再顺着肠道侵入体内的 时候，中国人正烧一壶开水，坐在庭院 里品着飘溢的茶香。作为中国传统的一 部分，喝开水有利于消毒防病，实为民 生之福。虽然中国历史上也不是没有发 生过大规模的瘟疫，但是危害程度比欧 洲要轻得多。
　　中国人喝开水有四千多年的历史了， 《孟子》中说：“冬日则饮汤”。“汤”便是 热水或开水。这个习惯是怎么养成的 呢？很可能与茶有关。中国是茶的原生 地。《诗经》中已有“荼（茶）”的记载， 汉代典籍中多见“烹茶”，可见饮茶必 烹，必烧开水，这个习惯的形成至少不 会晚于汉代。 要烧开水还得有锅，这一点中国人也有 优势。英国史学家李约瑟在《中国科学 技术史》中说：“中国化铁为水的浇铸技 术比欧洲早发明十个世纪”。传说中治 水的大禹就曾?让人铸造了九个称 为“鼎”的大锅，可以炖肉，当然也可以 烧水。别看这些容器简单，当时可是堪 称高科技产品。欧洲游牧人那时候还玩 不了这一套，只能习惯于烧烤，面包也 好、牛排也好，架在火上烧一把了事。 既然没有锅和水壶，没有合用的加温消 毒设备，到喝水的时候，恐怕也就想不 到烧开了喝这回事。 就靠这简简单单的办法，当瘟疫来袭的 时候，古代中国人远比欧洲人强大，人 口不断增长，最多时甚至占到全世界人 口的35%。有了这样雄厚的基础，才有 了中华大地上一个又一个辉煌强盛的帝 国。(本文转载自大科技)
　　###############呦，科学！#############
　　量子引力在我家中？
　　*卢昌海
　　明眼的读者一定看出来了， 这个标题乃是效 仿美国物理学家费密 (Enrico Fermi) 的夫人曾经 用过的一个书名——《原子在我家中》(Atoms in the Family)。 为什么要效仿呢？ 因为要介绍 以色列希伯来大学 (Hebrew University of Jerusalem) 的物理学家贝肯斯坦 (Jacob Bekenstein) 新近 (2012 年 11 月) 提出的一个设 想。 那设想的最大特点是把原本被认为要用极巨 大的设备才能探测的物理效应搬到了 “桌面” (desktop) 上， 甚至有可能在 “家” 中进行。 当 然， 我们还在标题上添了一个问号， 其用意看 过本文后将会自动明了。

　　贝肯斯坦提议探测的物理效应是所谓的量子 引力 (quantum gravity) 效应。 一般认为， 这种 效应只有在极小的尺度上才会变得显著， 那尺度 被称为普朗克长度 (Planck length)， 约为一千亿 亿亿亿分之一米 (10 -35 米)， 或相当于原子核尺 度的一万亿亿分之一 (10 -20 )。 另一方面， 微观 世界的一个著名特点是： 想要探测的距离越小， 需要投入的能量就越高。 物理学家们建造越来越 大的加速器， 正是为了达到越来越高的能量。 但即便目前最大的加速器——周长 27 公里的大 型强子对撞机 (Large Hadron Collider， 简称 LHC)——所能达到的能量也只有探测普朗克长度 所需能量的一千万亿分之一 (10 -15 )。

　　那么， 贝肯斯坦有什么神通， 能绕过上述 困难呢？ 他的思路是这样的： 探测量子引力之 所以需要极高的能量， 是因为要探测极小的距 离， 但极小的距离却不一定非要探测才能确定。 如果有办法不探测就确定极小的距离， 自然就无 需极高的能量了。 具体地说， 贝肯斯坦的设想 是这样的： 用一个光子照射一块静止的 (透明) 介质， 当光子进入介质时， 它的动量将会变 小， 按照动量守恒， 减小的动量将会传给介 质， 使之产生一个很小的速度； 而当光子离开 介质时， 原先的动量将会恢复， 介质则将重新 静止。 在这个过程中， 介质的质心移动距离可 以无需探测就用动量守恒来确定。

　　贝肯斯坦证明了， 通过选取适当的光子 (比 如波长为 445 纳米的绿光光子) 和介质 (比如厚 度 1 毫米， 质量 0.15 克的高铅玻璃)， 可以不 太困难地将介质的质心移动距离控制在普朗克长 度附近。 另一方面， (贝肯斯坦认为) 量子引力 的效应之一乃是时空中存在大量尺度为普朗克长 度的微型黑洞， 它们的质量约为十万分之一克 (即所谓的普朗克质量)。 当介质的质心移动时， 将不可避免地与微型黑洞相碰撞， 且有可能因碰 撞而受阻 (因为微型黑洞的质量并不比透明介质 的质量小太多)。 但介质的质心移动是动量守恒 的要求， 只要光子穿过介质， 那移动距离就是 确定的， 它的受阻只能意味着光子将被反射回去 而无法穿过介质。 这种体现量子引力效应的反射 是对经典反射规律的修正。 这样， 贝肯斯坦就 找到了一种在普通实验室里就能实现的方法， 通 过观测对经典反射规律的修正来检验量子引力效 应。 在论文中， 贝肯斯坦还对有可能干扰实验 的多种因素 (比如色散、 机械振动、 环境中的气 体分子和光子、 乃至中微子和暗物质的影响等) 进行了分析和排除， 并得出结论说： 那样的观 测是当前的实验技术就能做到的。

　　结论是令人振奋的， 思路也是足够大胆的。 问题是： 分析可靠吗？ 在我看来是有点悬的。 比如其中至关重要的介质的质心与微型黑洞的碰 撞就很悬。 众所周知， 质心乃是抽象概念， 并 不对应于具体粒子， 它本身是无法与微型黑洞相 碰撞的。 在碰撞问题中使用质心概念的一个先决 条件， 是由质心所代表的物体中的所有粒子都必 须以直接或间接 (即通过内部应力的传递) 的方式 参与相互作用 (只有参与了， 才有可能被代表)。 可对于与尺度为普朗克长度的微型黑洞相碰撞来 说， 这是办不到的， 因为那样的微型黑洞寿命 极短， 在其寿命范围内， 相互作用的传递距离 比原子核尺度还小十几个数量级， 从而根本不可 能让所有粒子都参与 (事实上几乎不可能让任何 粒子参与)。 在这种情况下， 质心将失去代表物 体的作用， 其与微型黑洞的碰撞也就无从谈起 了。 除此之外， 贝肯斯坦的论文还有其它一些 大胆却并不坚实的分析。 或许正因为如此， 该 论文发表后， 学术界的反响远不如媒体热烈， 引用数迄今为零。 我所见到的唯一圈内人士的评 论来自瑞典诺迪克理论物理研究所 (Nordic Institute for Theoretical Physics) 的物理学家霍 森菲尔德 (Sabine Hossenfelder)， 她也提出了若 干异议 (其中很有力的一条也是有关质心的， 即 质心的细微移动是很容易实现的， 比如像声子那 样只涉及一部分粒子的运动经全体粒子平均后， 所对应的质心移动就很容易小到普朗克长度附 近， 但很难想象声子运动会跟量子引力有关)， 并表示看不出那样的实验会对任何量子引力理论 产生约束。

　　不过， 贝肯斯坦是一位特殊的物理学家， 他最著名的工作是 1972 年提出的黑洞熵概念， 当时的分析也是大胆却并不坚实的， 受到包括英 国物理学家霍金 (Stephen Hawking) 在内的一些 人的怀疑。 但后来恰恰是霍金本人用比较坚实的 推理支持了贝肯斯坦的分析。 一晃 40 年过去 了， 已经 65 岁的老贝肯斯坦能重演 25 岁时的 故事吗？ 我们将带着审慎的不乐观拭目以待。( 转载自《科学画报》)
　　###############呦，科学！#############
　　###科学小说专栏###(科学小说不是科幻小说哦)
　　科学小说简介
　　科学小说不是科幻小说，它要求不能有幻想(合理的猜想可以)，必须是真正的科学，在小说里插入真正的科学，并以小说的形式反应科学。这是我国科普作家汪志提出的概念，具体可以度娘。下面刊载一篇。
　　波动的时空
　　*赖仲达
　　(一)

　　德思利曾经是一名学习非常好的学 生，但是后来不学无术，被迫辍学， 在一家饭馆打工。也许是打工的命让 他感到担忧，他便拼命学习，结果在 两年时间内竟然掌握了量子力学。他 本来只是想考个大学文凭然后去干份 体面的工作。然而，上天却给了他一 条更光辉的路，足以让那些苦熬多年 的研究员黯然失色。

　　一个非常明媚的早晨，德思利按平常 时间起床。然后早早地赶到饭店，准 备营业。刚开始，一切如故。然而， 当德思利的营业进入正轨时，一位穿 着中山装、戴着几根笔的教授模样的 人走进饭店。而德思利可能不会意识 到，这个人将会改变他的人生。

　　德思利按平常规矩过来招呼他。

　　“您好，您要点什么？”德思利一边招 呼着，一边递过来一份菜谱。这位教 授模样的人显然是发了一笔，点了许 多贵的，例如大虾、鲍鱼什么的。然 后德思利就去招呼其他人了。

　　不一会儿，菜端上来，教授模样的人 看来是饿了，大口吃起来。等到吃到 桌上的菜都烟消云散时，服务员又端 来一盘水果。他显然是吃不下了，坐 着休息了一会儿。他随手拿起了菜 谱。

　　菜谱中掉出一张纸片。

　　谁也不会想到这张纸片将会给德思利 带来多么大的机遇：当教授捡起这张 纸时，被它吸引住了。这张纸不是账 单，也不是菜谱，而是密密麻麻写满 了各式各样的方程。教授显然吃了一 惊，急忙把这张纸的主人，也就是德 思利叫来。

　　“这是你写的吗？”教授那着纸问到。
　　德思利愣了一下，然后突然明白过 来：
　　“对不起！对不起！我不小心把我的笔 记放到菜谱里去了…”，德思利急忙从 教授手里拿回纸，把它揉成一团扔到 垃圾桶里。
　　教授瞪着德思利看了好半天。最后 说，“明天我还会过来找你的。”就赶 集似的走了出去。剩下德思利一个人 愣在那里。
　　第二天天气仍然不错，但是德思利却 提心吊胆了一晚上。“明天我还会过来 找你的。”这句话一直在德思利的脑海 中挥之不去。明天找我？是要找人扁 我吗？德思利突然想到，坏了，我是 不是惹到黑帮老大了？想到这里，他 吓得一晚上没睡好。一直到了第二天 清晨，德思利勉强爬起来去做工。饭店照常营业。然而德思利却无精打 采，摔了好几个碗。正在收拾碎片 时，无意中进来一个人，大喊德思利 的名字！(待续）(转载至科学小说网)
　　###############呦，科学！#############
　　天体物理学家捕捉到行星诞生过程
　　*唐凤
　　“天意有定，如此巧合”，即便在浩渺的星空 中，也处处有惊喜。对附近一颗恒星进行红外波 长的观测时，天文学家也可能会意外捕捉到一颗 行星的诞生过程。

　　在南天星座之一的苍蝇座中存在一颗名为HD 100546的恒星，这颗星体距离地球大约335光 年。HD 100546周围环绕着一个厚厚的气体和尘 埃圆盘。这个盘状物内的结构显示，传说中的原 行星还没有完全清除自己附近的气体和尘埃，这 是天文学家第一次在如此早期的形成阶段观测到 这类星体。

　　之前对于恒星光谱的分析结果显示，这颗恒 星的质量大约是太阳的2.5倍，而且仅仅形成于数 百万年前。而这颗原行星运行在距离其母恒星大 约100亿公里的轨道上，这一距离是地球与太阳 之间距离的68倍。

　　远远望去，这颗原行星就像一个耀眼的亮 点，镶嵌在周围大量冷却气体之中（如艺术构想 图所示）。

　　现在的原行星质量在木星质量的1/2到3倍之 间，但毫无疑问的是，随着吸收积累来自盘状圆 环的尘埃和气体，这颗星球仍将继续生长。有一 种较小的可能性是，这颗亮斑代表位于更远处 的，而不是位于HD 100546周围圆盘正后方的一 颗星体。研究人员将相关研究成果在线发表于 《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）。

　　另外，天文学家表示，还有一种可能性不是 很大的情况，即这颗原行星是最近从一条距离恒 星较近的轨道被驱逐出的一颗星体。

　　无论如何，未来对这颗星体的观测将揭开它 的本质——如果它真是一颗原行星，那么它将每 360年环绕其母恒星运行一周。（转载自中国科学报 )
　　###############呦，科学！#############
　　奇点或许不存在
　　*赖仲达
　　曾经有物理学家认为黑洞就是一个 格拉瓦星，这种星体是一个引力极强的 星体，但是并非无限致密的奇点。为了 使其不违反黑洞史瓦西半径公式，任意 物质在接触到事件视界时，都会在瞬间 转换成完全的负能量—即引力子，众所 周知，引力子总是以光速行驶。
　　考虑这个模型，奇点确实可以不存 在，但是这个没有奇点的时空有效有效 吗？我们可以设想一下，假设一个质量 超过钱德拉赛卡极限的星体，它会产生 极高的负能量，并快速聚集坍缩，但是 如果考虑到对称，任意负能量都会对称 到正能量，也就是说它必定会产生同等 的正能量与其抵消。在量子时空论里， 该正能量是量子涨落——允许负能量短 暂的坍缩成一个格拉瓦星，但是很快就 会被量子涨落所平衡，从这点来说，黑 洞必须有意义，因为确实存在量子涨落 使黑洞蒸发的情况——霍金辐射。 那么我们可以类比，大爆炸奇点并 不能坍缩成无限大致密的点，而应该是 一个格拉瓦星，或者根本不存在一个点 ——我倾向于两个平行宇宙膜之间的碰 撞，因为宇宙正负能量始终不守恒，这 是在现实有意义的情况下发生的违反能 量守恒的情况——众所周知，宇宙总是 在暗能量(正能量)的趋势下加速膨胀， 它总是大于负能量。 这样子，一个宇宙坍缩成的无限致 密的奇点就失去了意义。
　　一般来讲，一 个黑洞在负能量趋势下坍缩必然产生极 高的确定性，然而它必不能违反不确定 性，就说明它还是保留着正能量，从而 另一部分正能量被挤压出去，对于整个 时空而言这应当也是成立的——就量子 化时空而言，时空与物质有着相同的效 果，从而时空应该也不会坍缩为一个奇 点—从霍金辐射而比较，这是成立的。(摘自赖仲达新浪博客)
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