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世界科学

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2024年10期

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卷首语 | “核时钟”的技术突破为超精准计时铺平了道路

卷首语 | “核时钟”的技术突破为超精准计时铺平了道路

核时钟是一种通过测量原子核内微小能量跃迁计时的设备。物理学家已经知晓了制造核时钟需要的所有组件。这类时钟可能会大大提高测量精度，从而为基础物理学带来新的洞见。研究人员测量了激发稀有同位素钍-229到更高能量态的光的频率，且精确度是此前所有实验的10万倍以上，具体方法是把这种能量跃迁同目前世界上最精准的时钟同步起来。领导这项研究的科学家是科罗拉多大学博尔德分校下属实验天体物理联合研究所的物理学家
专稿 | 核时钟倒计时

专稿 | 核时钟倒计时

物理学家用一种与全球最精准时钟同步的精密激光激发了快速核振荡——未来有望利用这项技术开发超精准计时器，同时也有助于解决关于宇宙的基本问题。原子内的电子可以在不同能级之间跃迁，且跃迁过程中常常会释放或者吸收辐射，我们可以利用这种辐射的频率来测量时间。这正是原子钟的工作原理。原子钟极为精确，这要归功于称为“频率梳”的特制激光。利用原子核内的跃迁现象，对时间的测量甚至可以变得更加精确，只是频率梳的应
专稿 | 建造核时钟的竞赛

专稿 | 建造核时钟的竞赛

对钍原子核跃迁的超精准测量，让物理学家掌握了探索宇宙基本力的新工具。当地时间2024年5月某天深夜23：30，研究生张传坤见到了物理学家已经寻找了50年的信号。位于美国科罗拉多州博尔德市的实验天体物理联合研究所内，张传坤面前的显示器原本平静无奇，此时却突然腾起一座高峰。张传坤立刻截图并发在了他和三位实验室同事所在的社交软件群聊里。然后，这三位同事便一个接一个跳下了床，来到了实验室。他们一起又仔
物理学 | 新型核聚变发电站设计的初步成果

物理学 | 新型核聚变发电站设计的初步成果

球形STEP反应堆可能依赖超导带和连接式磁铁实现。近日，英国研究人员向全世界展示了他们的原型反应堆设计方案，该反应堆旨在证明核聚变能源的可行性，并计划在21世纪40年代初实现并网发电。为了降低成本，“球形托卡马克能源生产装置”（STEP）可能会依赖由创新超导带制成的电磁铁，并且，其反应堆容器和磁铁可能采用连接式设计，以便更换磨损的组件。这些细节收录在《皇家学会哲学汇刊A刊》特刊的15篇论文中。
生命科学 | 压力下的脑如何削弱免疫系统

生命科学 | 压力下的脑如何削弱免疫系统

压力会导致肠道微生物失调，进而引发炎症，使得机体抵御感染的能力下降。压力使人感到不适，而肠道微生物可能是罪魁祸首。一项小鼠研究提示脑暴露于压力时会关闭肠道中的特定腺体，影响肠道细菌，并波及整个免疫系统。爱尔兰科克大学的神经科学家约翰·克莱恩（John Cryan）对这项研究给予了高度评价，认为它是“一个技术上的杰作”。大多数有关肠-脑关联的研究都聚焦于细菌如何影响脑，因此克莱恩很欢迎这种有
生命科学 | 管理细胞的隐形之手：组蛋白

生命科学 | 管理细胞的隐形之手：组蛋白

组蛋白是细胞核内与DNA紧密结合的碱性蛋白质。科学家早已知晓组蛋白可以帮助调节基因，而它们的作用可能远不止于此。在我们呼吸、睡觉、用餐和日常生活中的每一秒，体内的细胞都会发生数百万次生化反应。在这些纷纷扰扰的化学物质交换中，有些反应会将碳分子附着到蛋白质、脂肪、DNA 等物质上（或从中去除）。添加或去除这些小分子对于许多使细胞得以存活、生长和分裂的化学反应至关重要。在这些增减活动中，最
医学与健康 | 雷帕霉素能够延缓更年期？女性抗衰老的新希望

医学与健康 | 雷帕霉素能够延缓更年期？女性抗衰老的新希望

研究人员发现，雷帕霉素可以抑制实验小鼠原始卵泡的激活，从而延缓卵巢衰老。这种药物还可能改善人类与年龄相关的慢性病症状。对于约半数的人来说，有一件事和死亡与税收一样确定：女性如果足够年长，卵巢就会停止产卵，月经周期也将结束。从生物学角度来说，更年期很奇怪。目前已知的除人类和虎鲸、伪虎鲸、白鲸、短肢领航鲸、独角鲸这五种鲸，可能还有黑猩猩外，似乎没有别的动物能活到生育期之后。更年期在进化上并没有
医学与健康 | 利用自体干细胞成功逆转1型糖尿病

医学与健康 | 利用自体干细胞成功逆转1型糖尿病

2024年9月，《细胞》（Cell）杂志报道了这一医学突破，研究成果由天津市第一中心医院与北京大学的联合研究小组获得。在接受重编程干细胞移植不到3个月后，这名25岁的1型糖尿病女性就开始能自己产生胰岛素了。她也是第一个利用从自己身体中提取的细胞进行治疗的糖尿病患者。女孩现居天津。根据《自然》（Nature）杂志的采访报道可知，距离移植手术已过去一年多，喜好美食（尤其是火锅）的她目前已经可以
地球科学 | 科学大洋钻探的巨大变化

地球科学 | 科学大洋钻探的巨大变化

海底探索和发现的时代即将结束。然而，还有很多东西需要学习。由著名作家约翰·斯坦贝克（John Steinbeck）担任历史顾问，一群美国科学家和工程师于1961年开始执行一项史无前例的任务，即钻探大洋地壳并测量海底深处的温度。由于水域太深，无法抛锚，钻探小组使用了一艘经过特别改装的驳船，船上配备了一系列舷外发动机，使他们能够连续数周停留在同一地点。钻探船的顶部装有一台被称为井架的专用起重机，位
人工智能 | “人工智能科学家”是否能为科学带来进步？

人工智能 | “人工智能科学家”是否能为科学带来进步？

在争议不断的浪潮中，一种接管科研流程的工具成了新一波浪头。当一个国际研究团队着手创建一位“人工智能科学家”来处理整个科研流程时，他们并不确定自己最终能走多远。他们创造的系统真的能够生成有趣的假设、进行实验、评估结果并撰写论文吗？研究员陆聪（Cong Lu，音译）表示，他们最终得到的成果是一个据他们判断相当于低年级博士生的人工智能工具。他说，该系统有“一些创造力惊人的点子”，但这些好点子
走近科学 | “克隆猴之父”：把克隆成功率提高到10%以上

走近科学 | “克隆猴之父”：把克隆成功率提高到10%以上

本篇报道围绕2022年度上海市自然科学奖一等奖项目“非人灵长类模式动物构建”展开。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员孙强领衔完成。 “拔一根毫毛，吹出猴万个！”《西游记》小说中的这一情节生动地展示了什么是“克隆”。克隆，可以通俗地被理解成“拷贝”，“像是复印出来”一个或一个个完全相同的个体、单元。而这与“龙生九子”截然不同：克隆，跳过了两性生殖过程，也跳过了前者可能
大家·科技前沿 | 空间微重力条件下的植物生长发育

大家·科技前沿 | 空间微重力条件下的植物生长发育

为了探索广阔的宇宙，拓展人类生存发展的疆土，开发和利用无尽的太空星球和空间资源，确保人类的生存和可持续发展，近十多年来，重返月球、登陆火星、建立月球或火星基地，甚至飞向更加遥远的深空探测计划相继提出。然而，人类在地球上的生存、发展经历了几百万年，今天的人类文明有赖于地球独特环境。如果人类飞出地球，离开这个环境，到空间或其他星球，能不能生存？如何才能生存？于是我们提出了地外生命保障系统问题——如何保
今日启明星 | 要相信颠覆性的工作是有可能被你创造出来的

今日启明星 | 要相信颠覆性的工作是有可能被你创造出来的

科学探索奖上海四位得主星友居半近日，2024年“科学探索奖”的揭晓又一次引发了人们对优秀青年科技人才培养、评价等话题的关注。迄今已颁发五届的“科学探索奖”将资助在数学物理学、化学新材料、天文和地学、生命科学、医学科学、信息电子、能源环境、先进制造、交通建筑、前沿交叉等十大基础科学和前沿核心技术领域做出杰出工作的45岁以下的科技工作者。今年49位入选者中上海地区有4位，其中2位曾获得过启明星计划
科学学探索 | 长三角高质量一体化的跨区域协同创新格局不断深化

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长三角一体化发展是习近平总书记亲自谋划、亲自部署、亲自推动的重大战略。2024年4月30日，中共中央政治局会议审议《关于持续深入推进长三角一体化高质量发展若干政策措施的意见》，强调要始终紧扣一体化和高质量两个关键，着力推进长三角一体化发展重点任务。要加快突破关键核心技术，统筹推进传统产业升级、新兴产业壮大、未来产业培育，在更大范围内联动构建创新链、产业链、供应链。为进一步贯彻落实中央精神，加强对长
科技传播智见 | 关注“三个转变”，做好新科普

科技传播智见 | 关注“三个转变”，做好新科普

科普要以提高公众的科学素质为目标，那么什么样的公众才是具备科学素质的？2021年颁布的《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》指出，公民具备科学素质是指崇尚科学精神，树立科学思想，掌握基本科学方法，了解必要科技知识，并具有应用其分析判断事物和解决实际问题的能力。在“公民具备科学素质”的相关表述上，该文件与2006年颁布的《全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020年）》相比
智库观察 | “摇钱树”合成生物学遭遇困境

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三家大型初创企业在过去一年中举步维艰，但小型企业正在寻找自己的定位。最近，合成生物学大型公司遭遇困境，三家曾拥有数十亿美元市值的领头羊公司举步维艰。这些公司通过对微生物进行基因工程改造，生产从药物到材料等各种产品。其中，阿米里斯（Amyris）公司2023年宣布破产，到2024年年初已经出售了旗下几个化妆品和个人护理产品品牌。2024年2月，Zymergen公司清算了资产，该公司利用微生物
科学家访谈 | 什么是意识？

科学家访谈 | 什么是意识？

几年前，当神经科学家克里斯托夫 · 科赫（Christof Koch）还住在加利福尼亚南部时，他曾一边看《高地人》（The Highlander），一边喝着一瓶巴罗洛葡萄酒。午夜时分，他突发奇想，跑到了能俯瞰洛杉矶的威尔逊山山顶，这座山高达5710英尺（约1740米）。正如他后来描述的那样，“在头灯的照射下跌跌撞撞地走了一个小时并感到恶心之后”，他意识到这次夜间冒险可能并不是一个明智的主意。
创新启示录 | 预测式人工智能的时代即将结束

创新启示录 | 预测式人工智能的时代即将结束

“语言模型不过是被过誉了的自动补全功能”已成为批评者的常见论调，但强化学习正在证明他们的错误。新突破或将紧随而来。人工智能就是一场罗夏墨迹测验。当OpenAI于2023年3月发布GPT-4时，微软的研究人员兴奋地（但也过早地）宣称它展现出了通用人工智能（AGI）的“生命火花”。然而，认知科学家加里 · 马库斯（Gary Marcus）则认为，像GPT-4这样的大语言模型与定义宽泛的通用人工
科学评论 | 如何在科研中负责任地使用人工智能？

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人工智能正在推动所有科学领域的进步。但四位前沿领域的科学家警告说，要审慎使用人工智能。人工智能（AI）的快速发展为科学进步提供了巨大潜力，但同时也引发了伦理问题。人工智能系统不仅可以分析庞大的数据集、检测相关模式、优化资源配置并生成假设，可能还有助于人们应对气候变化、粮食安全和疾病等全球性挑战。然而，人工智能的使用也引发了与公平、偏见、歧视、透明度、问责和隐私有关的问题。图像生成式人工智能
科学与社会 | 审稿造假的学术不端现象

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谈论学术造假时，我们常谈论伪造、剽窃以及论文工厂，但一般不会想到“审稿造假”。实际上，同行评审工作中也存在学术不端现象。十多年前，曾发生多例震惊同行的“我审我自己稿”事件——投稿者利用系统漏洞，诱导编辑将自己待审阅的文章发送至由自己或自己同事实际操控的邮箱中。现在很难有类似空子可钻了，但没了这类空子，会出现其他新空子。同行评审的空子越大，撤稿论文的数量越多。《科学》杂志团队基于撤稿观察（R
科学史 | 暗物质研究的五十年

科学史 | 暗物质研究的五十年

20世纪70年代，美苏双方的研究团队都提出假设，一种未知的物质可能构成了宇宙中的大部分质量。 1974年发表的两篇论文改变了我们对宇宙面貌的认识。两篇文章由美国和爱沙尼亚的两个团队独立撰写，并且都指出星系的质量和范围是以前认为的10倍。这两个小组结合了各种天文观测结果后给出结论：宇宙的大部分质量都隐藏在星系周围的不可见空间中。这进一步说明，宇宙本身也比以前认为的要重10倍，这可能会改变人类对
微科幻 | 故事时间

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《故事时间》是一篇感人的微科幻作品，虽然不到两千字，却能让读者深深感受到人类与机器人之间的爱意和牵绊。作者贝丝 · 凯托以往的作品《生命的面包》《家庭聚会》也都是大打感情牌的科幻小说，充分体现女性作家的细腻感情。多年以来，德芙拉一直知道，这个时刻终会到来——她人生故事的一个不可分割的部分必须终止。她嘎嘎地吸着气，拨动开关，以手动方式启动了阿喃。在长长的几秒钟后，阿喃瞳孔中的光忽闪忽闪地亮起
科学人物 | 戴安娜 • 沃尔（1943—2024）

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戴安娜 · 沃尔，预见土壤生物多样性之重要性的生态学家。戴安娜 · 沃尔（Diana Wall）是一位真正的生态学和气候学先驱，她毕生都从事于土壤生物多样性方面的研究，在此领域贡献卓著，于80岁逝世。土壤中的生物多样性常常被忽视——这是一种“眼不见，心不烦”的情况——但沃尔深知其对可持续未来的重要性。土壤是地球一半以上物种的家园，这些物种对地球陆地生态系统至关重要。沃尔的整个职业生涯都在探

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