极速飞艇开奖全世界最前沿的125个科学问题

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  由爱迪生投资1万美元于18500年创办的《科学》(Science)是美国科学助于会(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,该刊社公布了12十个 最具挑战性的科学问题报告 ,认为在今后1/原来世纪的时间里,大伙儿儿将致力于研究补救你这名问题报告 。

  简单归纳统计这12十个 问题报告 ,其中涉及生命科学的问题报告 占46%,关系和地球的问题报告 占16%,与物质科学相关的问题报告 占14%以上,认知科学问题报告 占9%。其余问题报告 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·夏邦诺对原来系中,因掠过母恒星细胞层时,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问题报告 。时至今日,追踪你这名“凌日”问题报告 ,已成为天文学家寻找地外的常用土法子,而新的挑战在于,弄清你这名及其大气的组成成分。比如,将会发现某颗的大气中中含氧,就将会成为有生命处于的间接。但探测你这名元素的唯一土法子好多好多 好多好多 ,利用恒星星光穿过大气形成的光谱,这原来极为微弱的信号。

  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、如地球大小的非要遮挡掉0.01%的。“接下来,你要找到这颗洋葱般的‘细胞层’,也好多好多 好多好多 它的大气层,”夏邦诺说,非要穿过这层“细胞层”的星光光谱,才包中含天文学家你要的信息--原来一来,将会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低百万分之一。

  尽管在今天,还那么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,这是将会诸如木星原来的气态巨拥有比地球更厚的大气,好多好多 好多好多 累似 的光谱形状也会更明显好多好多 。从5005年至今,哈勃、斯皮策望远镜等空间天文台将会捕捉到约40个气态巨的大气光谱。

  对于地球原来的、绕着太阳样恒星旋转的,将会要挑选它的大气成分,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500亿美元的“哈勃继任者”将于2018年发射。

  好多好多 好多好多 具有“手性”(chiral),即中的原子处于一种生活互为镜像的排列土法子。当化学家合成此类时,往往得到的是中含一种生活手性的混合物,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

  有一种生活解释认为,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,而包括引力在内的好多好多 3种基本力,对一种生活手征的作用可不可不还都可以 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,弱力会导致 手性一种生活手征形状的能态(energy state)稍弱于另一手征形状,你这名差异通常为1/1015~1/1020。或者,将会一种生活手征形状的振动频率是500THz(1THz=1012Hz),那另一手征形状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,测量一种生活手征间的微小差异,将助于解释,为什生物偏好左手形状,而他的研究小组也为此努力。累似 测量甚至能为标准模型中,弱力理论主次的好多好多 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、量子理论专家和中学家。大伙儿儿现在需用攻克原来问题报告 :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为宜要好5000万倍,眼下大伙儿儿正在建造一台精度更高的仪器--要达到那么高的精度,需用所有外部振动,温度波动不超过0.1℃。不仅那么,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。

  大伙儿儿面临的第十个 挑战是,合成出一种生活手征形状不对称问题报告 足够明显的测试。你这名需用有原来较大的中心原子,将会原子理论他不知道们,将会中心原子较大,能将手征形状造成的能量差异最大化。一块儿,你这名被加热到气态,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,但大伙儿儿认为,最佳的挑选将会是以甲基三氧化铼(methyltrioxorhenium)为原型,或者用原来硫原子和原来硒原子置换该中的原来氧原子。即便最后找到了完美的测试,大伙儿儿还需用一年时间来积累足够数据,以便获得可信的结果。

  将会实验结果不难 解开生物手征谜团,该为什办?达尔基耶说,他太满再太在意,将会大伙儿儿建立的技术将为检验基本的物理理论提供好多好多 好多好多 新土法子。“通常,大多数精确的物理实验可不可不还都可以 用高能粒子或低能原子开展,而更复杂,好多好多 好多好多 能补救更复杂的问题报告 ”。

  超弦理论(superstring theory)及好多好多 好多好多 构造“理论”的尝试,将会让好多好多 好多好多 物理学家相信,空间的维度远不止于此。大伙儿儿认为,你这名额外的维度是角度卷曲的,好多好多 好多好多 大伙儿儿根本感觉非要,但它们会在很小的尺度上影响引力,使得原来物理间的作用力,稍稍主次牛顿引力理论的经典结果。或者,将会能在实验中探测到微小尺度上的引力变化,我说就能你这名额外维度的处于。

  阿德尔贝格的“武器”是扭秤(torsion balance),嘴笨 好多好多 好多好多 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”。在你这名“现代版”的扭秤中,根小金属杆用丝线悬挂起来,都不能扭动,金属杆的底端安放着原来探测圆盘,圆盘上钻有一系列洞眼。在探测圆盘下方几微米处,还有原来钻有累似 洞眼的圆盘--这是吸引盘。当吸引盘转动时,洞眼之间的盘体会对探测盘的盘体原来微弱引力,使探测盘和金属杆转动,从而扭转悬丝,使之转动为宜十亿分之一度的微小角度。

  为了确保探测盘不受地球和吸引盘引力之外好多好多 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,或者所有部件的细胞层可不可不还都可以 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,要详细外部振动,包括停车场的车辆引起的振动。“大伙儿儿最好的数据是在周末深夜到深夜4点之间取得的,”阿德尔贝格感叹说,“你这名点很讨厌,将会你收获最佳数据的时间很有限,弄得大伙儿儿现在都成夜猫子了。”

  精益求精的设计让研究人员都不能排除好多好多 影响因素,将会原来仍能观察到探测盘的扭转,大伙儿儿知道肯定有好戏上演。到目前为止,阿德尔贝格的研究小组都不能断定,在44微米及以上尺度肯定那么额外维度处于。他的原来研究生,以及全球好多好多 10多个小组,都正在想方设法继续向微观尺度进发。不过,究竟要多久不能有所发现,取决于你这名额外维度的大小。阿德尔贝格认为,将会额外维度卷曲得太厉害,“那答案将会是永远也发现不了。将会在500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你这名充满不挑选因素与挑战的过程,将会他嘴笨 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钟表--脉冲星(pulstar)时,他嘴里蹦出了一连串的“太棒了”、“酷毙了”原来的词来,并认为脉冲星能你要和好多好多 科学家验证爱因斯坦广义中原来最基本的预言--引力波(gravitational wave)。“它将为大伙儿儿打开一扇观测的全新窗口,”他嚷嚷着,“除了‘光之眼’,大伙儿儿还有‘质量之眼’。”

  不过令人沮丧的是,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非要10纳米,或者诸如美国激光引力波天文台累似 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,可不可不还都可以 淹没引力波信号。

  或者,雷森和他的狂热者决定独辟蹊径,采取一种生活成本更低土法子来探测引力波:观测脉冲星。脉冲星是密度极大的,好多好多 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5000纳秒之内。将会甚低频(very-low-frequency)引力波会扰动脉冲星和地球之间的旧旧时光,导致 脉冲时间处于偏移,或者雷森小组打算,监测分布在全天的20个脉冲星,看都不能探测到你这名时间偏移。大伙儿儿希望,通过你这名土法子,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学着组织的,除了雷森外,还有10多位科学家参与。喜报为什写是,大伙儿儿暂且购买任何新设备,波多黎各的阿雷西博射电望远镜就可担此任。但坏消息是,为宜要持续观测十年,不能捕捉到由转动黑洞发出的引力波,目前大伙儿儿只对6颗脉冲星进行了连续5年的准确计时测量。

  1千克,这本应是原来不变的。但实际上它会变化,这是将会旧有质量标准,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。谁也他不知道这位“千克原器”(Le Grand K)究竟是将会原子落在细胞层变重了,还是将会原子从细胞层脱落变轻了,唯一能肯定的是,它的质量肯定在变化--是,它的你这名重量曾详细一致的好友克隆品,现在将会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。这导致 ,要定义千克,就需用挑选普朗克h,将会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,就都不能得出千克质量的定义了。

  不过,挑选普朗克的准确数值是个精细活,或者目前常用的一种生活测量土法子得到的结果还处于差异,这让上述土法子止步不前。

  在你这名种生活土法子中,一种生活是使用“瓦特秤”(watt balance)。你这名装置嘴笨 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;另一端是原来放上去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,研究者不仅需用补救任何测量偏差,还需用排除好多好多 干扰,比如最容易导致 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5007年给出了普朗克最准确的测量结果之一:6.625006891×10-34J·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,区别嘴笨 很小,但无法用实验误差来解释。

  另一种生活常用土法子是,计量一块同位素纯(isotopically pure,指那么杂质且只中含一种生活同位素的单质)样品中的原子数目,由此挑选阿伏伽德罗(Avogadro constant,12克碳12原子中含的原子数目)的数值,而你这名数值可通过另一套方程换算成普朗克。5008年,联邦物理技术研究所(Federal Institute of Physical and Technical Afirs)的科学家用原来近乎完美的1千克进行了实验。这原来由99.995%纯硅28制成,大伙儿儿用高精度激光仪挑选球的体积,再用X射线衍射挑选的晶体形状,以便能在更高精度上对原子进行计数。目前,大伙儿儿测出的阿伏伽德罗的数值为6.02214082×1023,相对误差低至500×10-9,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6.625006957×10-34J·s,相对误差44×10-9。一群人认为,这将会足以用于千克的重新定义了,但可不可不还都可以 更挑剔的人要等各种测量结果吻合得更好好多好多 、测量误差范围缩小到20×10-9以下,才都不能重新定义。

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