现代技术  

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环状结构破解黑洞能量之谜

  A dark jet dominates the power output of the stellar black hole Cygnus X-1在“天鹅座 X-1”中的黑洞周围所观测到的一个环状结构,可能会促使天文学家去重新思考关于从增长的黑洞发射出的能量发生了什么情况这样一个问题。这些能量大部分过去曾被认为是以X-射线辐射的形式释放了。但这一由被冲击的物质构成的环的存在表明,能量和粒子的“暗”相对论喷射、而不是X-射线才是主要能量输出形式。

信号蛋白Shh信号作用与神经形成的关系

  信号蛋白Sonic Hedgehog (Shh)最近被发现能在出生后啮齿类动物大脑中促进神经生成。利用一种新的基因细胞命运测绘技术所做的研究表明,很少分裂的一组成年神经干细胞也能对Shh的信号作用做出反应。这些静止的细胞在胚胎生成过程的后期被放在一边,然后在Shh信号作用调控下自我更新,并随着时间的推移产生多种细胞类型。人们知道Hedgehog信号作用参与跟组织修复和肿瘤生长有关的干细胞生物学过程:Shh调控的干细胞可能是这些过程中的一个因素。

太阳系外的巨型行星

  近年2005来已有超过100颗绕太阳系附近的恒星运行的巨型行星被发现。研究人员是通过高精度“多普勒”分光镜发现太阳系外的这些巨型行星的,但在有可能对来自这些行星的光进行直接探测之前,它们的化学、结构和演化等方面的谜底将仍然无法揭开。到目前为止,尚未有经过证实的对太阳系外行星的直接探测。为了使科学家们期盼的这一目标离我们更近一些,Adam Burrows对这样一个行星上的大气层会是什么样子的做了理论分析。如果观测天文学家们对他们所要寻找的东西了解更多,他们就会更容易找到它。

不同大小的星团与黑洞的形成

  Formation of massive black holes through runaway collisions in dense young star clusters M82距地球1100万光年,是离我们最近的"星暴星系"。在该星系中心附近是一个明亮的X-射线源MGG 11,被认为含有一个中等大小的黑洞,大约是太阳质量的350倍。然而,附近一个更大的星团MGG 9却不发射X-射线,因此显然没有这样一个黑洞。现在,数值模拟显示了这样两个星团的命运为什么有如此明显差别的原因。在MGG 11中,动态摩擦引起大质量恒星向星团中心沉降,去参与一系列逃逸碰撞,导致一颗大小在800个和3000个太阳质量之间的恒星的形成,后者坍缩形成一个黑洞。在较大的MGG 9星团中,质量分离要慢得多,不能积累到临界质量。
  这一研究成果的一个推论是,曾经被看成是奇异天体的中等质量黑洞,若是由具有与MGG 11类似性质的所有星团产生的话,可能是非常普遍的。

用胚胎干细胞培育生殖细胞

  胚胎干细胞(移植前胚胎的多才多艺的“大师”细胞)在体外可分异成多种类型的细胞,只是不包括生殖细胞。但是,两个研究小组最近从胚胎干细胞培育出了卵母细胞和精子细胞。
  现在,Geijsen等人报告,干细胞可被诱导形成精子细胞,后者实际上可使卵细胞受精,产生早期的胚胎。该实验由从一个处于很早阶段的老鼠胚胎中的细胞获得的胚胎干细胞开始,这个阶段的细胞被称作胚泡。研究人员对这些细胞进行培养,以形成胚状体,即含有各种不同多功能细胞的球状体,并从这些胚状体分离出了生殖细胞,即一种可产生卵细胞和精子的特殊类型的细胞。对这些细胞所做的研究表明,这些细胞的染色体具有生殖细胞特有的分子标记。当将这些细胞在试管中注射进未受精的老鼠卵中时,可从这些细胞中长出雄性性细胞,所得到的胚胎含有完整的染色体补充物,并开始正常发育。然而,同样方法是否能获得幼崽尚不知道。
  该方法为进行生殖遗传修改研究提供了一个有用的组织培养体系,并为雄性不育症的治疗提供了新的思路。

地球磁场逆转需要多长时间?

  地球磁场逆转需要多长时间?这个问题是我们理解地球动力体系(地球外核中产生地球磁场的液流)的基础。对这一时间的估计相差很大,从几千年到28000年不等。对最近4次磁极逆转的沉积记录所做的一项研究,将地磁方向改变所需平均时间估计为约7000年。但问题并非如此简单。在低纬度,即靠近赤道而不是靠近极地的地区,方向改变似乎要比在中纬度和高纬度地区周期短(或者说更快)。这一现象可用一个简单的模型来解释,在该模型中,地球的双极磁场的强度在磁极逆转期间大大减小。

让金刚石成为超导体的方法

  金刚石之所以具有那些有用的和人们所期望的性能,如夺目的光彩和极大的硬度,是由于金刚石中电子本身的排列方式。正是这种电子排列方式也使得纯金刚石不可能导电。然而,可以通过向金刚石中引入其他携带电荷的成分(比如通过掺杂硼)来使金刚石导电。现在,研究人员获得一项令人吃惊的发现:通过将碳和硼同时置于非常高的压力和温度下,所获得的硼-碳金刚石实际上是一种超导体,能够导电而没有电阻。硅和锗也可以具有一种金刚石一样的结构,所以这些元素在电子学应用中非常重要,因为半导体在适当条件下也可以变成超导体。

一组可用于制造电池的新型无机化合物

  将沸石一样的开放框架结构与阴离子框架可极化性和丰富的流动阳离子结合起来的一组新型晶体材料,可成为具有让干电池、燃料电池、电化学传感器和光催化剂制造者感兴趣的性能的新型无机化合物。通过模仿天然沸石组成和采用一种由动力控制的合成方法,研究人员合成了一系列硫化物和硒化物,它们含有具有高度流动性的碱金属离子和碱土金属离子(锂、钠和钙),这些离子是作为一个笼状框架之外的电荷平衡阳离子存在的。沸石一样的开放通道为基质进行催化或其他转化提供了空间,超流动性阳离子可保证在室温时具有良好的导电性。

关于炭疽热致病原理的新发现

  自从近年来炭疽热成为一种可能的生物恐怖武器以来,人们对炭疽杆菌的热情一直很高,然而,对炭疽热致病的分子机制人们还不是很了解。这种病原体用一个以前人们不知道的手段来避开主体的免疫反应。炭疽热关键的毒性因子为其致命毒素,它以树状细胞中的MAP激酶分子内信号通道为目标,而树状细胞是淋巴组织中含有抗原的一组重要细胞。这样会阻断抗原特异性T-细胞的刺激,T-和B-细胞的免疫能力都被降低。这种致病方式还让我们看到这样一种可能性:有可能以炭疽热致命毒素为基础,来制造能够阻断在自免疫疾病患者或在器官移植患者身上发生的不正确免疫反应。

制造超晶格纳米材料的新方法

  理论上,有可能制造出由两种以上不同类别纳米晶体组成的三维超晶格。 这种组合有可能成为制造工程纳米复合材料或“超级材料”的基础,这样的材料既是纳米晶体,又具有随大小而变化的新颖性能。但是,多数尝试结果都是令人失望的。现在,一种让硒化铅半导体量子点与氧化铁磁性纳米晶体进行自组装的新方法让人们看到了希望,能够生成具有潜在可调光学和磁学性能的二元超晶格。这种合成方法的进一步发展,有可能最终导致专为响应磁刺激、电刺激、光刺激和机械刺激而研制的灵敏材料的问世。

关于气候变化影响气压的证据

  人类活动(表现为温室气体和对流层气溶胶)一般被认为引起海洋中以及 大气层的低层和平流层中温度上升。现在,有证据表明,气候变化也影响气压。1948-1998年间的数据显示,在北极、南极和北太平洋上空,大气压(表述为海平面上的平均大气压)有一个下降的趋势,而在中纬度北大西洋、欧洲南部和北非上空,大气压增加。因此,目前的气候预测可能是不可靠的,因为它们未能考虑到源自气压局部变化的区域环流趋势。

小行星双星体系形成的机制

  “伽利略”宇宙飞船1993年的观测显示,有一个名叫Dactyl的卫星绕主小行星带小行星Ida运转。此后,科学家相继发现了其他小行星双星,包括在Kuiper小行星带的7个跨“海王星”天体。这是出乎预料的,因为这里发生的物理碰撞很少,无法解释双星形成的原因。
  现在,Goldreich等人报告了一个可能的机制,在早期太阳系的逃逸增长期间,Kuiper带天体中的“宽”双星有5%可能是按这一机制通过引力效应形成的。

新型空心光纤

  光纤当前在电信应用中很普遍,但其效率受到光通过光纤的固体芯传播时所发生的吸收损失的限制。空心光纤有可能解决这一问题,因为光通过空气传播要容易一些。一种新型光纤,这是一种空心光纤,内壁为一种电介质镜面,用以将光限制在中空的光纤中,是由超薄高反射率玻璃层和低反射率聚合物层交替组成的。
  研究人员制成了几十米长的这种中空光能带隙光纤,发现它可以从一个二氧化碳激光器传输光,能量损失要比传统光纤少若干数量级。

可消灭炭疽杆菌的物质

  恐怖分子将炭疽孢子用作生物武器,这不可避免地增加了人们对能够对付这种威胁的化合物的兴趣。PlyG细胞溶解酶就是这样一种很好的候选物质,它是从炭疽杆菌的g-phage分离出来的,在体外和体内专门杀死炭疽杆菌和正在发育的孢子。由於细胞壁破裂,使得在细胞溶解之前在几处形成胞质膜。PlyG的溶解特性还可被利用作为识别炭疽杆菌的一种快速方法的一部分。

大型量子计算机的一种新架构

  量子计算机的记忆是由对量子位的操控产生的,而传统计算机中的记忆是 由一串“1”和“0”组成的。量子位(qubits)可以同时处于由很多不同状 态构成的一个超级位置,所以一台量子计算机的功能有可能比一台传统计算 机强大得多。在实验室中曾对量子计算所需的所有要素做过演示的唯一一个 物理体系是离子阱技术,但该技术是否能够在实践中进行放大尚不清楚。 Kielpinski等人现在提出一种基于一个相互连接的离子阱的超级量子计算机 架构,该架构能克服一些障碍,使采用大量量子位进行计算成为一个实际的目标。

磁致冷的实际应用向前迈进一步

  磁致冷被看作是传统蒸气循环致冷方法的一个有利于环保的替代方法。由于这种致冷方法不需要使用今天的电冰箱中效率最低的部分压缩机,因此它还会节省成本。一种新的材料有可能将磁热致冷的实际应用向前推进一步。这种新材料是MnFeP0.45As0.55,研究人员发痕7b,该材料在室温下会发生较大的磁致熵变,这一结果使该材料成为可用于磁致冷商业应用的一个有吸引力的候选材料。

用DNA做成的一个纳米装置

  DNA被证明在纳米技术应用中是一个用途非常广泛的材料。现在,科学家将DNA的这种多功能性用在了一个依赖于序列的转动装置中,该装置能够在两个稳定状态之间转换,其工作周期由4个步骤组成。

  按照该DNA装置目前的设计,一个17纳米长的结构可从其一边移动到另一边,总移动距离约为35纳米。研制这种类型的装置在基于DNA的计算或纳米自动技术中也许会有用.

红葡萄酒能防止冠心病的科学依据

  人们知道葡萄酒(或至少生活在出产葡萄酒的地区)可以减少患冠心病的风险。红葡 萄酒被普遍认为比白葡萄酒更有好处,尽管这一说法几乎没有证据。现在,Corder 等人发现,红葡萄酒特有的成份也许真的有助于防止心脏病。红葡萄酒中所含的多酚 能够强烈抑制endothelin-1的合成,后者是冠状动脉硬化症发病过程中可能涉及到 的一种血管活性缩氨酸。用同样的葡萄所酿制的白葡萄酒和玫瑰色葡萄酒没有这种效 果。

宇宙学中的问题

  宇宙学中一个长期未能回答的问题是,所观测到的X-射线亮度与星团中热气体温度之间的关系与理论预测结果不一致。这一问题很有现实意义,因为星团是关于深层宇宙信息的主要来源,两个最近发射的X-射线卫星目前正在收集关于它们的新数据。 Voit 和Bryan为这个问题提供了一个答案,他们的思路是,辐射冷却和恒星形成两种作用一起,会将低熵气体从星团内介质中除掉。

一种可编程的DNA计算机

  图灵机是上个世纪30年代中期由阿兰图灵设想出的一种假想装置,能够存储信息,并对计算问题做出响应。这个概念启发了关于分子DNA计算机的若干种设计,但所设计的这些计算机很少能够自主操作。
  现在,研究人员开发出一种能工作的可编程“有限机器人”,它以一个限制性核酸酶和连接酶为硬件,软件则是由DNA双螺旋编码的转换规则。这台计算机的编程相当于选择对所要求的计算转换编码的DNA链,一旦这些计算转换与输入的DNA链结合起来,该机器将对所输入的分子进行处理,将其输进一个可检测的输出分子中,后者决定该机器的最后状态。

一种能够克服量子通信距离局限的新方法

  量子通信的基础是,在两个相距一定距离的点之间产生量子纠缠状态。这种通信方式有发展成为一种在完全保密的状态下传输信息的方法的潜力。量子通信的多数潜在方法都局限于在几十公里的距离内操作,但科学家提出的一个涉及量子中继器的新设想有可能克服这一局限性。该方法涉及在现有技术基础上对原子集团、光束分割装置和单光子检测装置进行操作,因此应当是可以进行实验检验的。

在X-射线和可见光波段观测黑洞

  在X-射线和可见光波段同时观测黑洞的机会很少。1982年,这个机会来了一次,那就是对黑洞GX 339-4的观测;第二次机会是在2000年1月至8月间,这段时间是X-射线瞬态发射源 XTE J1118+480不寻常的持续期。这个发射源是去年由名为Rossi X-ray Timing Explorer的装置发现的,是一个位于银河系晕圈中的、距我们约6000光年远 的候选黑洞。其可见光辐射和X-射线辐射之间出人意料的相关性以及正好位于X-射线锋值之前的可见光辐射的一个令人迷惑的下陷,向目前关于黑洞辐射的模型提出了一些令人不解的疑问。

制造均匀碳纳米管的新方法

  能够支持均匀分散的铂纳米粒子的多孔碳,作为改进传统铂催化剂、满足先进燃料电池系统对高电流输出需求的一种方法,需求量很大。韩国和日本的一些实验室合作开发出一种新方法,能够制造出具有可调直径的有序排列的均匀碳纳米管。

  这种纳米结构的碳材料利用中孔性硅石模板形成部份有序的石墨框架,它对于氧的还原反应来说已经表现出了令人鼓舞的电催化活性.

铁在特定条件下也是超导体

  超导性和铁磁性曾经被认为是互相排斥的,铁磁性过渡金属合金ZrZn2如人们以前所预料,将这两种性质结合了起来。现在,研究表明,作为正宗铁磁体的铁本身也是超导体,只不过是在压力高达15-30GPa、温 度低于2 K的条件下它处于非磁状态时。

超导性和铁磁性的统一性得到实验证实 

   超导性和铁磁性曾经被认为是相互排斥的,但随着解释这两种现象的理论的进一步发展,理论工作者预测,铁磁过渡金属合金ZrZn2也应当是一种超导体。
   现在,这一预测在实验室条件下得到了证实。原来,铁磁性和超导性不但不是相互排斥的,而 且似乎是密切相关的,因为它们在同样的静水压力下都会消失。

纳米走入生活 

   在人们刚刚有了健康、绿色、环保家居观念不久的今天,又有一种新的概念从去年底就开始以迅雷不及掩耳之势,闯入还没完全弄清楚是怎么一回事的人们的生活中。这就是作为一种极微小的长度单位的“纳米”。于是,我们身边出现了纳米冰箱、纳米洗衣机、纳米丝绸、纳米餐具以及纳米涂料、纳米瓷砖等纳米建材……紧接着,北京市场上又出现了一种“纳米空调”。
  纳米科技是90年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子,制造出具有特定功能的产品。纳米材料可划分为三大类:一是一维的纳米粒子;二是二维的纳米固体(包括薄膜和涂层、管、线);三是三维的纳米体材(包括介孔材料)。
  纳米材料具有极佳的力学性能,如高强、高硬和良好的塑性。纳米材料有望在以下方面率先有较大规模的应用。纳米氧化铝添加到氧化铝陶瓷中,显著地起到增强和增韧作用,可见,纳米材料对于解决陶瓷材料的脆性问题行之有效,从而为提高陶瓷材料的可靠性,扩大陶瓷材料的应用开辟了一条新的途径。根据纳米材料的光学特征,可以进行光学设计、制备各种光学功能材料,用于制造红外探测装置、非线性光学器件以及抗紫外照射的设备。纳米材料达到单畴临界尺寸,产生很高的矫顽力,可用于制成各种磁卡,用于信息存储系统;制成磁性液体,广泛地应用于阻尼器件,旋转密封等;作为新型制冷材料,提高制冷效率。
  纳米科技,微观世界的霸主  “你家纳米了吗?”什么事几乎都能先知先觉、赶在潮头浪尖之上的新新一族近一时期常挂在嘴边的这句话,让绝大部分人感到莫名其妙,不知道“纳米”是何方“神圣”。北京国际周上,“纳米”与智能、宽带等字眼并肩排列,再加上半年前刚刚出世时各媒体好一阵“热炒凉拌”,人们对“纳米”刚刚是只闻其名却不知其实。
  简单地说,“纳米”是一种长度单位,一纳米等于十亿分之一米,也等于千分之一微米,大约是三、四个原子的宽度。纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明,人类正越来越向微观世界深入,人们认识、改造微观世界的水平提高到了前所未有的高度。有资料显示,2010年,纳米技术将成为仅次于芯片制造的第二大产业。
  “清洁卫士”披挂上阵
  对于人们越来越关注的室内环境污染以及长期处于空调环境中工作、生活的人们不知不觉间染上头痛、胸闷、咳嗽、困乏等“空调病”,纳米技术应用于空气净化过滤的消息给深受“空调病”困扰的人们带来一个惊喜。国内首批将纳米技术应用于空调机生产的上海欧臣纳米稀土空调就借其空气净化和水处理的国际技术背景,掀开21世纪健康空调的篇章。纳米是怎样充当“清洁卫士”,成为空气的净化过滤材料呢?
  据悉,这种特殊材料是由多种稀土金属、稀有金属、多种氧化物通过高科技方法合成而得的,其中加入了特殊的纳米材料。在纳米材料与多种稀土金属、稀有金属联合作用下,便构成了对各种有机污染物有良好的去除效果的微孔活动中心。
  经过中国预防医学科学院检测,这种合成稀土纳米材料对甲醛的去除率超过96%,对苯的去除率为89.8%,对氨的去除率为81.8%,对氮氧化物的去除率高达98%,对香烟烟雾的去除率为60.7%……总之,它能够把家庭和建筑装修以后散发的各种有毒、有害、致癌有机污染物进行有效地去除。主要表现在——无毒害、杀菌、吸附异味、高附着强度等几个特点上。它的原理是:在不改变空气自然状态的大前提下,过滤空气中的有害物质,增加室内空气的含氧量。
  “筛子”好使却有点儿贵
  如今,纳米技术被较多地运用于一些楼盘的内外墙粉刷,像作为奥运样板工程的首都体育馆的改造工程;复旦大学研制成功的可以自我清洁的“纳米二氧化钛光催化玻璃”已经运用到医院手术室器材、汽车后视镜等方面;在国外比如日本等地也已将纳米技术开发成功并投入使用。最早做户式中央空调的清华同方人工环境公司表示,下一步他们将研究室内的空气处理系统,不断地融合数字控制、纳米材料、光电效应、环保介质等现代高新技术,提供温度、湿度适宜、纯净新鲜的室内空气。
  当更多的商家包括房地产商对“纳米”给予越来越多的关注,并将纳米作为一张强档绿色牌打给购房者时,人们也应该清醒地看到“纳米”的不成熟之处:一是纳米产品目前可以说是鱼龙混杂,趁着许多人还不太了解有关知识的空子,有些甚至根本就是生往上套;而国内外现在也缺乏真正权威的认证机构,无法进行法律效力的认证;此外,并不是各种各样的家用电器或其他产品都适合采用纳米技术。最后,要提醒消费者注意的是,由于成本的加大,凡沾上“纳米”的东西都会比同类产品价格高一些。例如纳米空调比同品质普通空调大约贵10%到15%,消费者对此要有个心理准备。

制造液晶显示器的新工艺

  液晶显示器(LCD)的制造工艺源于1906年所完成的实验。液晶的排列方式是通过摩??沉积液晶的基质的表面产生的。现在,来自4个IBM实验室的研究人员在本期《自然》上所发表的一篇论文,有可能对LCD的制造带来很大变化。
  在这种工艺中,晶体排列方式是通过用低能粒子束轰击无机基质诱导产生的。这种新工艺可避免与基质的物理接触,后者会产生无用的碎屑,并且通过诱导静电放电,还会破坏易损的电路。

一种生产类金刚石材料的新的化学方法

  目前生产合成金刚石的商业方法成本高,产量低,所以人们仍在寻找更有效的方法。《自然》报道了一种生产具有金刚石的很多性质的材料的新的化学方法。通过在含氯气体中从碳化硅中提取硅,Gogotsi等人能够在环境压力下、在大约1000度 的比较低的温度下合成晶体化的、具有金刚石结构的碳。
  这种“像金刚石”的纳米晶体材料与单晶体金刚石材料的差别仅仅是晶体表面性质有所不同。但是,这种类型的新材料有可能具有令人吃惊的应用前景,如用作煞车片的超硬内衬等。

用新的算法提高量子计算机的性能

  Lov K. Grover研究表明,采用一种现在被称为Grover搜索算法的数学过程,量子 计 算机的性能可以大大超过普通计算机。例如,要对一组1万个项目进行搜索,一台 普 通计算机平均需要5000个步骤才能找到正确项目,而一台量子计算机采用该算法仅 需100个步骤,因为它可以同时处理多个状态和多个项目。现在,一项理论研究表 明, 采用如Fe8和Mn12这样的分子磁体建造基于Grover算法的致密、有效的记忆装置应 当 是可能的。而且,这种磁体的晶体性质还提供了一种放大自旋信号的自然方法。

燃料电池技术的一项重要进展

  最有希望的燃料电池技术之一是质子交换膜或聚合物电解质燃料电池。聚合物型燃 料电池可在低温下(低于100度)达到高的输出密度,从而使其成为可用于车辆的候 选电池。但是,通常用在这些燃料电池中的电解质有其缺陷,例如它们需要潮湿条 件,其操作温度上限为100度左右。Haile等人提出了一种可代替标准磺酸盐电解质 的方法。早在80年代,固体酸(如KHSO4)就被认为是良好的质子导体,但却因其在 水中的可溶性而被认为几乎没有技术价值。现在,研究表明,用CsHSO4做成的一种 膜具有很好的电化学性能,在温度高至160度时仍可工作。

液-液相变的理论解释

  近年来,有人提出液-液相变(有一个新的临界点)假设,并将其作为是对水的一些异常的和不解的性质的一种可能的解释。这一假设是由模拟得到的,随后得到理论支持。后来,科学家又在其他物质中发现了液-液相变的证据,虽然这一现象仍然没有 被完全了解。Franzese等人利用在液态金属中常见的一种模型,试图为这一问题找 到一个普遍适用的理论解释。他们的发现表明,液-液相变可能是一种比人们以前所怀疑的更常见的现象。

让激光停下来

  自然》报道了一个引人注目的实验:共振探针激光束在一个磁束缚钠原子冷云中(被第二个耦合激光束同时照亮)被完全停了下来。当将耦合激光关掉时,压缩的探针激光被有效停止,该激光场中所含相干信息被凝固在原子介质中长达1毫秒。将耦合激光再打开,探针激光重新激发,所存储的相干信息被读出。以这种方法将光停下来绝不是小把戏:人们有可能将其发展成一种量子信息处理形.

星云中的发电机作用

  为了解释非对称行星星云的形成,科学家碰到一个长期未能解决的问题:一个磁场可能会产生所观测到的形状,但如何产生这样一个磁场?Blackman等人提出,答案在于相关AGB(渐近的巨大分支)星的核心与其转动速度要慢得多的外层之间的发电机作用。这一基于发电机的模型还可以解释,为什么大多数白矮星(AGB相的产物)转动速度令人迷惑不解的慢,其原因在于恒星核心的磁力煞车作用。




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