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上周新闻回顾:暗物质捕获失败 物种大灭绝真相

http://www.kexue.com 2013-11-11 09:44:45 科学网  发表评论

  科学网(kexue.com)讯 北京时间11月11日消息,新的工作日伊始,不妨首先来盘点一下在上周的科学界都发生了哪些令人难忘的大事件。

  科学家破解“热水结冰快比冷水快”原因


新加坡的科学家们声称已经解开了这一谜题

  自亚里士多德时代起,热水为什么比冷水结冰更快这个现象一直让世界上最聪明的科学家们困惑不已。目前一组物理学家小组声称已经解开了这一世纪难题。这个现象名为姆潘巴现象,它是指水与大多数其他液体不相同,它从热的状态变成固体要比从室温状态下变成固体时间更短。科学家就此现象的发生提出了十几种理论,但没有一种能够合理的解释这种奇怪的物理特性。目前新加坡南洋理工学院的物理学家们提出了他们认为合理的一种解释。

  科学家表示这种解释存在于水分子之间的罕见的相互作用。每一个水分子通过名为“氢键”的高度带电电磁连接与周围的分子相连。正是它产生了水的表面张力,同时导致它与其它液体相比具有更高的沸点。然而,南洋理工学院的孙长清(Sun Changqing)博士和张希(Xi Zhang)博士辩论称它还决定了水分子能够存储和释放能量。他们认为能量释放的速率与水的最初状态有关,因此他们计算出热水结冰时释放能量的速率更快。

  长清博士表示:“水释放能量的过程和速率内在的与能量源的初始状态有关。” 姆潘巴现象是以一名名叫艾拉斯托-姆潘巴(Erasto Mpemba)的坦桑尼亚学生为名,他观察到热的冰淇淋混合物比冷的冰激凌混合物结冰的更快。与坦桑尼亚达累斯萨拉姆大学学院的一名物理学教授一起,他于1969年发表了一篇文章显示在相似的容器里,相同量的沸水和冷水是以不同速率结冰,热水结冰的更快。

  人类首次地下捕捉暗物质无功而返


此次实验原本打算验证稍早时明尼苏达报告的暗物质粒子踪迹,但宣告失败

  位于美国桑福德地下研究中心的暗物质实验——大型地下氙探测器(LUX)实验于昨日夜里直播发布了第一个结果:排除了大质量弱相互作用粒子(WIMPs)作为暗物质候选者的可能,即是说寻找暗物质未获成功。此次实验原本打算验证稍早时明尼苏达报告的暗物质粒子踪迹,但宣告失败。

  但一直以来,不同的地下实验室已多次报告对暗物质粒子的观测结果,这些内容之间经常相互矛盾。英国《自然》杂志在今年初曾发文认为,位于美国南达科他州利德的桑福德地下研究中心的LUX实验,可能会在2013年推进或排除之前的部分结果,其因此有能力帮助科学家进一步了解创造宇宙的大爆炸。

  LUX实验的原理是将一个重300公斤的液态氙容器作为“搜捕”暗物质的工具。液态氙属于冷物质,重量是水的3倍。实验室目前位于地表下近1500米的深处(完全建成后将超过2.4千米),其上方是一处已关闭的金矿,该实验本被期待验证一个非常“诱人”的暗物质报告。

  报告出现在今年稍早时间,美国明尼苏达州的地下实验室——超级低温暗物质搜寻计划(Super-CDMS)发现了3个疑似暗物质事例,质量远比之前人们认为的要轻。计算结果表明其是大质量弱相互作用粒子(WIMP)的可能性为99.81%,不足5西格玛水平,并不会作为暗物质证据进行发布,但一直被认作是“最有前途”的暗物质线索。然而,经过LUX实验三个月的“狩猎”,研究人员宣布了第一个探测结果:尽管可以确定探测器正如计划中一样灵敏,但并没有寻找到暗物质的确凿证据,这类信号主要来自于背景。

  LUX团队成员理查德-盖茨克尔表示,他很担心这些轻质量的WIMP模型已经没前途了。但LUX实验未来仍然光明,其将跨越更广的范围内进行搜索,并可能会发现较重暗物质的迹象。另一成员丹-麦肯锡说,LUX就像一台机器,能搜查非常广泛的暗物质候选者。

  2.5亿年前生物大灭绝或因大陆聚合环境剧变所致


大陆融合导致环境剧变或许才是物种大灭绝的真实原因

  科学家已经发现在距今2.5亿年前的二叠纪末期与三叠纪间地球发生了一次显生宙史上最大规模的生物灭绝事件,影响范围最大,全球几乎所有物种都遭到灭顶之灾,95%的物种灭绝消失,科学家一直在试图分析造成本次生物大灭绝的机制。来自中国地质大学(武汉)科学家殷鸿福院士、宋海军博士通过研究发现生物圈与大气圈、岩石圈、水圈之间的多圈层耦合形成的环境剧变是生物灭绝的主要原因,其表现为岩石圈内部相互作用、地球表层系统以及生物圈之间的相互关系。

  二叠纪末至三叠纪初期的生物大灭绝对整个地球影响巨大,不仅使得全球生物大灭绝,还破坏了已经演化数亿年的海洋生态系统,陆地和海洋分别出现了煤、礁和硅缺失,泛大陆聚合形成的表层效应可导致风系和洋流的变化、浅海逐渐消失等。在二叠纪初期,泛大陆基本形成,全球大陆聚集在一起后面积可达到2亿平方公里,且厚度也比原先分散的大陆要厚一些,甚至比现代大陆海拔还高,比如目前亚洲的平均海拔为1000米左右,但泛大陆平均海拔为1400米,泛大陆聚合的高山深盆效应除了造成全球性的海退外还可以影响全球气候。

  全球性的火山活动导致了古、中生代之交岩石圈剧变,其与泛大陆聚散有关,火山爆发产生的大量二氧化碳、甲烷以及氮氧化物是生物灭绝一大作用因素,不仅全球大气受到干扰,同时也使得海水酸化。此外,二氧化硫促进了硫酸盐气溶胶的形成,进一步摧毁臭氧层,引发紫外辐射增强,这对地表生物而言并不是一个好消息。古、中生代之交生物大灭绝与核幔圈层变动、地幔柱之间也存在关联,大量冷物质下沉进入地幔边界层,使得外核的热对流受到干扰,引发了地球磁场颠倒,为泛大陆裂解埋下了伏笔。

  解析"飞蛇"滑行之谜


研究人员正逐渐揭开飞蛇的滑翔之谜

  虽然Jake Socha仍然无法了解飞蛇如何飞行,但是他在3D打印技术和高能计算机模拟技术的帮助下,正逐渐揭开谜底。高能计算机模拟使用的图形编辑单位就是绘图处理器(GPUs),现在从游戏控制器到超级计算机几乎都在使用它。科学家们一直生活在一个计算机模拟的黄金时代,他们发现这些绘图处理工具不仅能用于游戏加速,它们也能够用于某种类型的数学研究,比如说模拟飞蛇。

  研究人员已经创建了飞蛇的二维计算机模型,但是他们也进行真实的模拟。两者都表明蛇形物体将获得一种特殊的空气动力学特征,当它们从树枝上落下时,它们的身体会呈现35度。波士顿大学的Lorena Barba和Anush Krishnan负责的计算机模拟中,研究人员使用GPU模拟蛇在不同速度和角度攻击的二维截面。弗吉尼亚理工学院工程科学和机械学教授Socha说道,结果发现35度倾斜时比预期获得了更多的浮力。

  Socha已经研究了这种蛇类的三个物种,它们似乎将空中飞行用作一种防御机制。它们将身体转变成一种符合空气动力学的翅膀形状,然后从树上弹射下来。它们快速下落而且呈现一种波动的S型滑行。如果它们从一颗足够高的树上落下,它们能够轻易飞出9米。研究人员建立了第一个飞蛇计算机模型,他们希望建造更复杂的三维模拟,以此更多的了解这种蛇的运动,以及将身体后半部分置于身体前侧是否能够产生更多的额外浮力。。Socha声称,对于这种新颖飞行方式的研究有可能用于建造一种全新的自主机器人。他说道:“或许你可以设计一种搜索和救援机器人,它能够像蛇一样进入裂缝,穿过碎石出现在废墟顶部,然后跳下去并且滑翔到某处。”

  美人不美 人鱼真相令人惊愕


现实中也常有遇到美人鱼的传言,但它们大多被认定为海牛等海洋生物

  美人鱼一直以来都被看做是个美丽的传说,电影中它们经常可以成就经典的画面。现实中也常有遇到美人鱼的传言,但它们大多被认定为海牛等海洋生物。

  不过近日有科学家研究表示,一些目击者见到的可能是真正的“美人鱼”,并不是此前认为的海牛等动物,而是海猿。

  根据每日电讯报道,科学家最近研究表示,灵长类动物在进化时出现了分支,出了向人类方向进化以外,还有一些为了适应海洋生活,逐渐成海猿,而由于与类人相似,所以人们常误认它们是“美人鱼”。

  动物星球的工作人员查理-福利表示:“美人鱼可能不是人们幻想出来的产物,它们的流言很久,有不是神话的可能。最新的研究或许可以证明这点。”

  科学家认为早先时候生活在水边的猿类为了适应水中生活,逐渐走向了另一条道路。不过这样的说法目前还没有找到确凿的证据。(科学网kexue.com 郑昊)

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