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科学笔记

爱丁堡艺术节2010之三十二:宇宙大爆炸的前前后后Frank Close & Ian Sample (爱丁堡图书节)

Frank Close & Ian Sample
The God of Exceptionally Small Things
Edinburgh International Book Festival
Saturday 28 August 4:00-5:00pm
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Frank Close 是量子物理学家、牛津大学教授,还是一位科普作家,他的新书 Antimatter 讲的是神秘的“反物质”(antimatter)。Ian Sample 是《卫报》的科学记者,他的新书 Massive 是一部科学历史书,追述所谓 God Particle 的发现过程。两位的特长是能把复杂的科学假说和枯燥的科学历史讲得井井有条,栩栩如生。

2010-09-02.Antimatter, by Frank Close

根据我们已经拥有的知识,在宇宙大爆炸的一瞬间,巨大的能量同时转化为物质(matter)和反物质(antimatter),我们都是由物质组成,物质如果遇到与之相对的反物质,将会导致两者同时消失,同时释放巨大量能。然而大爆炸之后产生了等量的物质和反物质之后,反物质就不见了,Frank Close 说科学家们无法解释那些反物质去哪儿了。反物质并不神秘,欧洲量子物理实验室(CERN)就在制造反物质,这就是丹•布朗的《天使与魔鬼》的基础了。但是Frank Close 指出,这里面的数字是很重要的,20克反物质氢离子就有一颗原子弹的能量这是没错,但是目前CERN每小时能制造2000个反物质氢离子,假设能提高到每秒2百万个,要生产20克得花100亿年,用量子物理学们的语言,这是“not trivial”,即不可能实现的。即使等得起,生产这么多反物质所需要的能量也早就超过一颗原子量的能量了。

2010-09-02.Massivem by Ian Sample

Ian Sample 的新书 Massive 是一部科学历史书,也是一本科普读物。所谓的 God Particle 是媒体给的名字,量子物理界被称为 Higgs Boson,其中的 Higgs 就是爱丁堡大学的荣休教授 Peter Higgs了,Ian Sample 讲述了他第一次来到爱丁堡采访 Peter Higgs 的故事。当然这个 Higgs Boson 的发现者其实同时有好几个,Ian Sample 一一追踪了这些科学家的故事。Higgs Boson 被认为在宇宙大爆炸初期出现,但从没有找到过。2008 CERN在日内瓦建造的地下环形加速器LHC第一次启动,吸引了大批媒体的关注,就是因为用这台加速器能在找到所谓的 God Particle。

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英国新书介绍 #49 (2010年6月21日) The Hair of the Dog

2010-06-22. The Hair Of The Dog

The Hair of the Dog: And Other Scientific Surprises
作者 Karl Sabbagh
出版社 John Murray (精装本2009年11月12日出版)
定价 £12.99
页数 304 页
ISBN 978-1848540880

这本书的副题是 And Other Scientific Surprises,不过这本书并不仅仅是讲科学研究中的“惊人发现”或是“意外发现”,有不少其实是针对日常生活中的问题作出的简单或是复杂的解释,有时相当令人惊讶。

这本书的正题就是一个例子:the hair of the dog 这个词组的典故,是指如果你被一条狗咬了,那么这条狗身上的毛发可以防止任何可能带给你的厄运,后来这个说法被用来指治愈宿醉的办法是再喝一杯。这本书的一节,是讲解为什么这个说法其实是有道理的:原来人的平衡感是由内耳平衡器控制,内耳平衡器是三个半圆形的管状结构,其中液体的渗透压(浓度)必须和血液一致,在大量饮酒之后,血液被酒精稀释,造成与内耳平衡器内的渗透压的不一致,结果是大脑收到的信号紊乱。在这之后,内耳平衡器内的液体渗透压会自我调整,恢复到与血液一致。可是在酒醉后的第二天,血液中的酒精已经被肝分解,渗透压恢复正常,这时候就是内耳平衡器内的液体比血液稀了,又造成大脑信号紊乱。The hair of the dog 这个说法背后的科学依据,就是指如果这时再喝一杯,能暂时恢复血液与内耳平衡器渗透压之间的平衡。

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冰岛火山灰云的成因

2010-04-19. flightradar24 4月19日格林尼治时间 11:15 欧洲上空民航飞机

欧洲关闭民航空间已经进入第5天,而且还不知道火山灰云什么时候会散。地面上受困的人群纷纷寻找各种途径回家,火车、汽车、轮渡、还有雇佣出租车开了上千公里的,英国首相布朗今早还宣布派海军舰船去法国和西班牙接被困的人群。

困扰许多人的问题是每次火山爆发都产生火山灰云,为什么这次的冰岛火山灰云对民航影响这么大,持续时间这么长。

BBC 网站上的一篇Q&A文章引用冰岛气象局和英国Open University的两位专家的看法,把冰岛火山灰云影响国际民航、经久不散的原因做了浅显的分析。

这次火山其实规模不算最大,能造成这么重大的影响,有几个因素造成。最关键的原因,是这次的火山爆发位置是在一个巨大的冰盖之下 (Eyjafjallajoekull glacier)。上升的熔岩,在遇到冰盖时,爆裂成细小的碎块,直径小于普通的直径超过1毫米的火山灰,同时冰盖迅速融化。从火山口喷发出来的,是火山灰和水蒸气混合的灰云。

普通的火山灰云,在上升到一定高度之后,会自然坠落。而这次的火山灰云,一方面由于火山灰颗粒更细更轻,飘得更高,更重要的是,这次的火山灰伴随着水蒸气迅速上升至平流层(10公里以上),也就是民航喷气机的飞行高度了。这时候火山灰已经和水气混合在一起,对飞机引擎有潜在的破坏。

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冰岛火山灰云笼罩欧洲第二天

英国的民航空间关闭延长了到了星期六凌晨一点,但是苏格兰和英格兰北部的一些机场已零星有飞机起降,爱丁堡机场今早有一架飞机起飞,苏格兰第一大臣 Alex Salmond 上电视自豪地宣布:“这是苏格兰的一次机会!”

冰岛火山灰云已经渐渐漂往东欧,北欧、德国、荷兰比利时等地机场继续关闭,法国机场(包括巴黎)部份关闭。这幅来自 flightradar24.com 上的截图很说明问题:

2010-04-16. flightrader24.com

英国气象局公布的格林尼治时间星期五12点的卫星云图:(实时更新)

2010-04-16.iceland volcanic ash clouds 1200

以及两天内的火山灰云飘散预测:(全文)

没有飞机的日子里,可以做些什么呢?

其实这两天是极好地从事某些科学实验的时机,如果你的实验的对照组数据是“没有喷气飞机干扰”,那么这两天真是天赐良机。我记得美国曾有人收集了9/12当天的温度数据--那一天全美民用航空关闭,研究喷气机的尾迹对气温的影响。理论上白色的尾迹会反射太阳光,足够多的尾迹可能有降温作用,但是要大规模地收集数据,平时是不可能的。他们的统计结论,如果没记错的话,是尾迹确实对气温有影响。

不过这次有大面积火山灰云,这一因素可能对气温影响更大,所以以上这个实验是做不成了。不知道还有没有其它的灵感。

冰岛火山灰云笼罩欧洲 民航空间关闭

从今天中午12点起,英国关闭了整个民用航空飞行空间,原因是由冰岛火山喷发产生的火山灰云已经飘到英国上空,将会影响喷气飞机引擎工作,在这之前英格兰北部和苏格兰地区的机场已无飞机起降。

这幅照片显示的是12点中欧洲上空的飞机位置,提供实时资料的网站估计因访问者太多,已经连不上了。这张是《卫报》网站上的图片。在这之前,挪威的民用航空空间已经关闭了,瑞典、丹麦等都将关闭民航空间。

这里有一张最近冰岛火山喷发的照片。因为火山口被冰雪覆盖--火山口在 Eyjafjallajokull Glacier 之下,喷出的不是岩浆,而是大量水气云雾,其中含有大量火山灰。

目前火山灰都在高空,所以只会影响民航飞行器,还没有落到地面--也许就在高空被吹散而不会落到地面。今天爱丁堡的天气是一片晴朗,空气清澈。

这里还有一幅由英国气象局发布的火山云灰覆盖图。


View Larger Map

火山喷发位置的 Eyjafjallajokull Glacier 的卫星图,可见是一个巨大的冰帽。

冰岛位于欧亚版块和北美版块之间,火山频繁,在 Richard Hamblyn 的新书 Terra Tales of the Earth 中,曾用一个章节详细记述了1783年冰岛 Mount Laki 火山喷发产生的火山灰云造成当年欧洲春夏的迷雾,以及接着而来的严冬。

英国新书介绍 #39 (2010年3月15日) How to Make a Tornado

2009-11-02.How To Make A Tornado

How to Make a Tornado: The Strange and Wonderful Things That Happen When Scientists Break Free
作者 New Scientist
出版社 Profile Books (平装本2009年10月1日出版)
页数 240 页
定价 £7.99
ISBN 978-1846682872

这本书是英国大众科学杂志 New Scientist 出版的系列科学读物之一。在这之前,New Scientist 的这一系列已经出版了 Does Anything Eat Wasps?How to Fossilise Your HamsterWhy Don’t Penguins’ Feet Freeze?Do Polar Bears Get Lonely? 这几本。

这是装帧简单、薄薄的一本书,其中的文字也是短小精悍,全部摘录自 New Scientist 历年刊登的文章。显然从厚度、封面设计和文章长短和风格上,都考虑到了对抗读者观念中“科学很沉闷”的想法。这本书出版后,曾上过非小说类平装本畅销书排行榜

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恶搞诺贝尔奖来了

2009年恶搞诺贝尔奖(Ig Nobel Prizes)即将来英国巡回表演,其中的明星,是 Elena Bodnar 博士发明的可以快速(<25秒)变成防毒面罩的胸罩,不仅穿戴这种胸罩的女士可以保护自己,她还能决定把另一个防毒面罩送给周围哪个男人。Elena Bodnar 博士在颁奖仪式上表演胸罩变防毒面罩时,送给的可都是(正牌)诺贝尔奖的获得者。

希望万一我需要这样一个防毒面罩时,周围没有站着一个诺贝尔奖获得者。

如果看不到 YouTube,你可以到《卫报》网站,或到土豆网看这段视频。

英国新书介绍 #37 (2010年3月1日) Terra Tales of the Earth

2010-01-29. Terra, by Richard Hamblyn

Terra: Tale of the Earth: Four Events That Changed the World
作者 Richard Hamblyn
出版社 Picador (精装本2009年10月5日出版)
页数 268 页
定价 £11.81
ISBN 978-0330490733

我开始看这本书的时候,海地太子港地震刚刚发生;看到最后一章时,夏威夷和日本等地已经解除了因智利地震触发的海啸警报。这两起自然灾害,显示了人类在灾害防护和救助上的进展和不足,读起来觉得格外有现实意义。

在 Terra: Tales of the Earth 一书中,作者 Richard Hamblyn 借用古希腊人的“四大元素”(土、气、火、水)理论,回顾了人类历史上四起影响重大的自然灾害:1755年里斯本大地震,1783年欧洲漫长的迷雾天气,1883年印尼Krakatau火山爆发,1946年夏威夷海啸。

作者把历史故事与科学理论揉合在一起,既引用亲历者叙述描述灾害爆发时的景象,又花了相当多篇幅讲解灾害发生的原因,和当时的人们理解灾害的努力,作者提出的思考是:人类如何通过对灾害的研究来认识自然,保护自己。

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媒体漩涡中的科研

这两件事情这几天都有了新的进展。《柳叶刀》(Lancet)杂志宣布撤回 Andrew Wakerfield 的那篇论文,理由与GMC纪律委员会提供的相似,指他在搜集数据中有违程序和医学道德。在IPCC和气候研究所方面,《卫报》在头版报道了对Phil Jones拒绝公布数据的指责,IPCC主席 Pachauri 则拒绝就喜马拉雅山脉冰川融化的“误报”道歉

南方都市报 南方评论》 这个星期英国出了两则看似不相关的新闻,但其实都体现了科学与媒体的互动,在科学与生活的关系越来越紧密的今天,对科学研究也越来越多地陷入媒体炒作和政治活动的干扰中。

第一则新闻是去年年底“气候门”的延续。英国信息委员会副主任发表一份声明,指称英国东安吉利亚(East Anglia)大学气候研究所违反了《信息公开法》。在去年被黑客盗走的电子邮件中,研究所主任曾发信给同事让他们删除邮件以免遭《信息公开法》查证。

另一则新闻是MMR疫苗风波的延续,英国医学总会(GMC)纪律委员会在经过两年半的调查之后宣布,英国医生韦克菲尔德(Andrew Wakefield)在进行MMR疫苗副作用研究中,违反了采样操作程序并隐瞒了研究基金的来源,称他“不诚实”和“不顾医学道德”

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2010年1月严冬卫星图

《卫报》网站上刊登了16幅由NASA提供的卫星图,其中大部份是拍摄于今年1月北半球严冬之际。

以下这幅是1月18日的中国东部沿海,可以看到大部份地区都被一层迷雾覆盖。逆温现象(气温随高度增加而上升的现象)导致空气层稳定,阻碍空气对流,结果是地表附近被污染的气体无法即使散开。

2010-02-03. Pollution create haze over eastern China

喜马拉雅山脉以南的大面积低云,形成的原因可能是当地的因燃烧而产生烟幕,同时来自喜马拉雅山的冷空气造成的沉降效应使得这些烟雾难以被驱散。

2010-02-03. low clouds covered the fo

以下这幅黄河新入海口卫星图应该是在去年拍摄的。

2010-02-03. Chinas Huang He Yellow River

另有一幅“白雪覆盖的英国”摄于1月7日,曾是第2天《泰晤士报》的头版照片

 
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