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博科园-科学科普：天文学类对于一个早熟的外星生命猎人来说，德雷克公式是一个随时可用的工具箱，可以用来估算银河系中孤独的人类到底有多孤独。1961年天文学家弗兰克·德雷克(Frank Drake)稍稍匆忙地提出了这个等式，以便参加即将召开会议的与会者可以讨论一些问题：我们是孤独的吗？这个方程从一些简单的概念开始，比如恒星形成的速率和恒星承载行星的比例。但它很快就进入了一个棘手的领域，询问一些数字，比如那些能够承载生命的行星中，究竟有多少最终进化成了智能物种又有多少行星向宇宙中发出友好信号，邀请我们地球人进行一次愉快的小交谈。最终结果应该是一个单独的值(或者，最坏的情况下，是一个范围的值)，它可以预测银河系中智能物种的总数和适合交谈的物种总数。如果这看起来有点大胆得让人不安，那么至少，德雷克方程式是一种激发对话的哲学手段。它还构建了一个适当的科学讨论最终问题，发现并与星系中的外来物种交谈。但它在这两个方面都失败了。认识错误德雷克公式很简单，但看起来很简单，弗兰克最初的配方只有7种成分，其他研究人员的进一步改进并没有显著改变这一数字。所以，你可能天真地认为你只需要测量或猜测一些参数就可以了。但现实并非如此简单。估计和测量总是有不确定性。这个概念对于科学探究来说绝对是至关重要：所知道的远没有你了解它的程度重要。任何科学讨论的实质都是深入研究这些不确定性以及它们是如何被估计。要证明一个大胆的主张是正确的，你需要对不确定性有非常严密的了解。遥远外星星球的想象图，它发展智能生活的机会有多大？图片：NASA要推翻这一主张，不必直接攻击它，可以简单地质疑语句的精确性。对于德雷克方程，我们完全不知道附加在任何参数上的不确定性。生命起源的行星中有多少最终会形成生命？百分之零?100%？在这两者之间？是50%加5%还是- 5%？或者正负25%？或者是+ 5% - 25%只需要一个未知的不确定性就能整个沉没，可能会在几十年的时间里逐渐打破德雷克方程，进行一次又一次的仔细观察，测量恒星的形成速率，在行星表面寻找液态水等等。您可能认为您在确定这个预测方面取得了很好的进展，但是只要一个参数仍然具有未知的不确定性，就没有取得任何进展。这一单一的未知因素可以抵消倾注在等式其余部分的辛勤工作。不知道全部，就什么也不知道。要用德雷克方程得到一个正确的估计，你不能只做猜测；你必须为每一个猜测提供范围，本质上是加倍你的工作。因为大多数参数甚至都不是基于可测量的量，所以你能做的最好的事情就是举手。没有抓住要点每隔几个月，就会有一篇涉及德雷克方程某些变体的新论文声称，会对参数进行一些“合理”估计，并给出一个答案。有时，论文声称银河系充满了成千上万的智慧文明。有时候，研究表明我们是完全孤独的。当德雷克和他的同事们第一次使用这种方法的时候，他们估计大约有10亿到1亿这样的文明，那……没什么用。德雷克方程只是一种消除我们无知的简单方法，把它塞进数学绞肉机里，然后进行香肠猜想。它没有比随机抽取一个数字更大的预测能力，如果你没有准确地估计你的不确定因素呢？答案并不可靠。如果你忽略了一个参数，从恒星到感知的过程中的一些关键元素，那会怎样?答案并不可靠。如果你有太多的参数，引入一个无关紧要的元素会怎么样?答案并不可靠。德雷克方程做了大量的假设，在这些假设被证实之前，我们不能相信计算结果。让我们谈谈我们不能把德雷克方程看成一个物理方程，也就是说，我们不能像方便地使用牛顿第二定律或广义相对论的方程或麦克斯韦电磁方程那样使用它。这很好。或许德雷克公式的力量更多的是作为一种哲学处理，帮助指导我们的思维，帮助我们在一个深奥而根本的存在主义问题的混沌水域中航行。但把德雷克方程引入这种哲学讨论有什么用呢？我们真的是在提升或磨砺我们的思维吗？用许多不易解决的不可知事物来代替一个大的不可知事物(存在的智慧物种的数量)有什么好处呢？是的，把大问题分解成小问题是科学上的常用策略。但这只有在较小的问题都更容易单独解决的情况下才能奏效。我们可能会花更多的时间讨论模型参数，而不是花更多的时间去探索生命。对于能产生智慧生命行星的数量(这个数字必须是100%虚构的)特殊价值的争论，并不能让我们更清楚地看到与其他智慧物种交流的机会——相反，我们只是通过一种内在扭曲的公式来模糊我们的观点。今天，人们仍在继续寻找地球以外的生命。计划中的任务是采集外部世界的冰卫星样本，这些卫星中蕴藏着巨大的液态水海洋。系外行星搜寻者正在开发一项技术，以梳理外星世界生物特征的蛛丝马迹。德雷克公式，在它的任何公式中，是否帮助框架或推进或协助这些任务？尽管德雷克公式可能激发了早期关于搜寻外星智慧生命的科学讨论，但除此之外，它没有多少价值。不能用它来加深我们的理解，也不能用它来正确地指导我们的思维。参数中巨大的不确定性，这些不确定性混合的未知方式，以及在选择这些参数时绝对缺乏任何指导，使其丧失了任何预测能力。预测是科学的核心。预测是使一个想法有用的东西。如果一个想法没有用，为什么还要保留它呢？博科园-科学科普｜文：Paul Sutter（俄亥俄州立大学的天体物理学家，也是COSI科学中心的首席科学家）/Space博科园-传递宇宙科学之美

博科园-科学科普-生物学类50年来进化论一直强调中性突变比适应性突变在DNA中占据更重要的位置，真正的基因组数据挑战了这一假设。当查尔斯·达尔文在1859年的《物种起源》一书中阐述自然选择进化论时，他关注的是适应——有机体能够在新的或不断变化的环境中生存。他认为，为了适应环境古代祖先的物种逐渐变得多样，从而形成了无数物种。这个概念如此强大，以至于我们会认为进化就是适应。令人惊讶的是，半个世纪以来，学术界普遍存在的观点是颇有争议的。自然选择是毋庸置疑的，但许多科学家认为，大多数进化出现在基因组水平上，本质上是随机和中性的。博科园-科学科普：由自然选择培育的适应性变化可能确实会把一个鳍塑造成一只原始的脚，但这些变化只对进化过程做出了很小的贡献，在进化过程中，DNA的组成最常发生变化，而没有任何确切结果。但现在一些科学家反驳了这个被称为中性理论的观点，科学家认为基因组显示出的进化适应证据比这个理论所描述的要多得多。这场辩论之所以重要，是因为它影响了我们对生物多样性产生机制的理解，影响了我们对自然种群大小随时间变化的推断，影响了我们重建物种(包括我们自己的物种)进化史的能力。未来可能会是一个新时代，它借鉴了中性理论的精华，同时也承认了选择的真实、经验性支持的影响。1、变异的“可观部分”达尔文的核心观点认为具有不利特征的生物将通过消极或净化被自然选择慢慢淘汰，而具有有利特征的生物将更频繁地繁殖，并将这些特征传递给下一代(积极选择)。自然选择将有助于传播和提炼那些有价值的特性。在20世纪上半叶的大部分时间里，种群遗传学家大多将种群和物种之间的遗传差异归因于积极选择。但在1968年，著名种群遗传学家木村茂(Motoo Kimura)用他的中性分子进化理论抨击了适应论者的观点。简而言之，他认为物种内部和物种之间遗传变异的“可观部分”是遗传漂变结果，并且受有限种群中的随机性而不是自然选择的影响，大多数差异对生存和繁殖没有功能性后果。第二年生物学家杰克·莱斯特·金(Jack Lester King)和托马斯·朱克斯(Thomas Jukes)发表了《非达尔文进化论》(Non-Darwinian Evolution)。木村教授提出的分子进化中性理论已经主导进化论领域半个世纪，但它仍面临着挑战。图片：Duong Thuy Nguyen for Quanta Magazine随后新中性派和适应论者之间出现了两极化的辩论。尽管所有人都认为，自然选择将消除有害的突变，但中性派相信，基因漂变解释了种群或物种之间的大多数差异，而适应性论者则认为，基因漂变是适应特性的积极选择。耶鲁大学公共卫生学院(Yale School of Public Health)生物统计学家、进化生物学教授杰弗里汤森德(Jeffrey Townsend)表示：很多争论都围绕着木村所说的基因变异的“可观比例”，是50%，5%还是0.5% ？我并不知道，因为木村对这个理论的最初表述是定性的而不是定量的，“他的理论不能被后来的数据所否定”。然而中性理论很快被许多生物学家所接受，这在一定程度上是受木村声誉影响的结果。木村教授(Motoo Kimura)在1968年提出，大多数突变实际上可能是中性的，而不是有益或有害，这些中性突变频率的变化主导了基因组水平的进化。图片：Annual Reviews安德鲁·柯恩（Andrew Kern）说：中性理论流行的原因是它让事情变得更简单。安德鲁·柯恩是俄勒冈大学的种群遗传学家，他和印第安纳大学的种群遗传学家马修·哈恩（Matthew Hahn）合写了一篇文章，为庆祝中性理论50周年的《分子生物学与进化》特刊撰稿。要将中性进化模型应用于一个种群，不必知道自然选择有多强，种群有多大，突变是显性的还是隐性的，或者突变是否与其他突变发生相互作用。在中立理论中，所有那些很难估计的参数都消失了。中性模型所需要的唯一关键输入是种群大小和种群每一代突变率的乘积。根据这些信息，中性模型可以预测种群中的突变频率如何随时间变化。由于其简单性，许多研究人员将中性模型作为一种方便的“零模型”。然而一些种群遗传学家并不相信木村的观点。图片：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Ma例如加州大学戴维斯分校的理论种群遗传学家约翰·吉莱斯皮(John Gillespie)在20世纪70年代早期就指出，一些基于自然选择的模型即使不能更好地解释自然界观察到的模式，也能解释中性模型。北卡罗来纳州大学夏洛特分校(University of North Carolina, Charlotte)的进化遗传学家丽贝卡·罗杰斯(Rebekah Rogers)说：即使没有足够的数据证明中性理论的零模型是错误的，但这并不意味着自然选择没有发生，只要数据有限，争论就会愈演愈烈。几十年来，问题的症结在于木村教授使用简易测序技术和聚合酶链反应出现之前提出了中性理论。当时基因序列数据很稀少，没有简单的方法来广泛地证明或反驳这一理论。因为对基因组变异了解不够，所以无法解决这个争议。2、强烈的中性情绪在木村发表文章50年后的今天，更简易的基因组测序和复杂的统计方法让进化理论家们在量化适应性变异和中性进化对物种差异的贡献方面取得了进展。在像人类和果蝇这样的物种中，数据揭示了广泛的选择和适应性，这也就引起木村最初的想法遭到强烈反对。柯恩和哈恩在最近的文章中写道：物种内部和物种之间的适应性变异无处不在，这意味着我们必须寻求一种更全面的分子进化理论。尽管绝大多数研究人员都同意，中性理论最初的表述是错误的，但许多人也指出，中性理论已经解决了自身缺憾。最初的缺陷之一是，中性理论无法解释在不同种群大小物种之间观察到的不同基因组进化模式。例如，种群规模较小的物种平均具有更多的有害突变。为了解决这个问题，木村的一名学生、日本国立遗传学研究所名誉教授大田智子(Tomoko Ohta)在1973年提出了分子进化几乎中性理论。这一中性理论的修正版本表明，在严格意义上说许多突变并不是中性的，而是轻微有害。Ohta认为，如果种群规模足够大，自然选择将清除轻微有害的突变。然而在小群体中，自然选择的有效性较低，并且允许轻微的有害突变中性地进行。马修·哈恩（Matthew Hahn）是印第安纳大学的种群遗传学家。图片：Sandee Milhouse柯恩说几乎中中心理论也有问题，例如它没有解释为什么在不同的生物谱系中观察到的进化速率不同。为了应对这些挑战，Ohta和现任九州大学生物学教授榜眼秀德·立田 （Hidenori Tachida）在1990年开发了另一种近乎中性的模型。密歇根大学(University of Michigan)研究基因组进化的张建志（音译）说：对于近乎中性理论，人们的看法仍有很大分歧。几乎中性理论的预测得到了很好的证实。柯恩和哈恩不同意这一观点，几乎中性理论从一开始就解释不了什么，然后被迫从苛刻的数据中诞生出一个吸引人的想法。3、中性进化理论到底有多少?中性派和选择派之间正在进行的辩论并没有什么成果。相反这只是一个定量的问题，关于有多少选择在进行。这包括一些完全中性的，一些适度选择，还有一些非常严格选择的。汤森德大约10年前开始研究癌症，他发现癌症生物学家已经开始在一定程度上研究突变，揭示基因组中单个位点的突变率信息。这是大多数群体遗传学家从他们研究的野生群体中得不到的宝贵信息。然而，很少有癌症生物学家研究自然选择，这就是汤森德在进化生物学背景下给癌症领域带来的成果。10月底发表在《美国国家癌症研究所》(Journal of the National Cancer Institute)上的一篇论文中，汤森德和同事展示了他们对癌症突变的进化分析结果。所能做的是在逐个位置基础上，量化不同突变的选择强度。癌细胞中充满了突变，但其中只有一小部分对癌症具有重要作用。这种选择强度揭示了不同突变对单个癌症病例的生长有多么重要——哪些突变是最有希望作为治疗的研究对象。这种选择强度的量化对于指导我们如何治疗癌症绝对必要，观点认为今天医生遇到了一个问题：我应该给这个病人用哪种药？他们没有量化这些药物靶向突变的重要性。这个进化框架将为选择正确的药物甚至预测特定肿瘤可能对治疗产生耐药性提供遗传基础。虽然确定正在进行最强烈选择的突变显然是有用和重要的，但选择也可能对与选择目标相邻基因组区域产生微妙但重要的间接影响。间接影响的第一个线索出现在20世纪80年代和90年代——聚合酶链反应出现。这项技术使研究人员能够首次观察基因序列中的核苷酸水平变化。发现在基因组的任何特定区域，基因变异水平与重组率之间存在明显的相关性。重组是一个过程，在减数分裂，精子和卵细胞的产生过程中，染色体的父母副本相互交换DNA片段。这些重组重组了整个基因组的基因变异，分离了原本可能在一起的等位基因。到2005年研究人员可以从各种各样的生物体中获得全基因组数据。他们开始发现遗传变异水平与各处重组率之间的明显相关性。这种相关性意味着，超越直接纯化选择和中性漂移的力量，正在造成基因组中变异水平的差异。基因组重组率的差异揭示了一种叫做基因搭便车的现象，当有利的等位基因与邻近的中性突变密切相关时，自然选择整体上倾向于于它们。基因搭便车行为意味着进化遗传学家突然有了一种全新的力量，叫做联系选择担忧，如果在一个群体中只有10%的基因组是直接选择的，那么关联选择意味着占有更大比例——可能是30%或40%。图片：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Ma如果这是真的，那么选择自适应变异间接形状邻近的基因组区域，导致情况中性等位基因的频率取决于遗传漂变，而不是有一个新图层的特性转化引起的选择，链接选择两代人之间会产生更多的方差。相关中性突变仍然是中性的，它们可能与有益的等位基因搭便车，但这种联系是随机的——它们很容易与有害的等位基因相连，并通过“背景选择”将其剔除。因此，中性突变的命运仍然是由偶然决定的。柯恩同意中性突变仍然是中性，但它们的行为并不像中性理论预测的那样。写道：在链接位点上的净化选择将在漂移之外增加等位基因频率，而背景选择和搭便车将导致比中性条件下更少的遗传变异。4、中性模型和人类进化柯恩和哈恩在论文中写道：虽然中性模型无疑已经产生了巨大的理论成果，但中性理论的解释力从来都不例外。在提出的50年后，在简易基因组测序和庞大的群体基因组数据集的时代，中性理论的解释力看起来更糟。最近的证据表明，人类的适应能力比我们想象的强得多，人类进化很大程度上是受到迁移的影响，为了适应新的气候和病原体必须进化。在2017年，柯恩发表的一篇论文表明，大多数人类的适应来自于基因组中存在的基因变异，而不是在人群中迅速传播的新突变。即便如此，华盛顿州立大学(Washington State University)的进化基因组学家奥马尔·科尼约(Omar Cornejo)说：实际上只有大约1%的人类基因组对蛋白质进行了编码。大约20%的基因组控制着这些编码区域的表达时间和位置。但仍有大约80%的基因组具有未知的功能。基因组的非编码部分充满了重复的DNA序列，这些序列由转座基因元件或转座子引起，它们在基因组中复制和插入自己。芝加哥大学海洋生物实验室研究转座子作用的分子进化遗传学家伊琳娜·阿克希波娃（Irina Arkhipova）说：“在木村看来，这部分基因组基本上是中性的，即使这些转座子中的一部分确实影响了基因的表达。正因为如此，适用于基因组非功能性区域的中性模型可以被用来相当准确地推断人类(以及其他各种生物)的人口历史。我们不知道自己是否在准确估计人类的人口历史，如果你在计算上中性地模拟一个人口进化过程，那么估计人口的方法就会起作用；但是引入关联选择，这些方法就失败了。柯恩不知道人类基因组中有多少比例是有功能的，但他相信基因连接涉及到基因组的很大一部分——尽管未知。随着人类基因组适应的证据越来越多，似乎基因组的很大一部分会受到链接选择的影响，我们只是不知道这个比例有多大。最近伯尔尼大学(University of Bern)和瑞士生物信息学研究所(Institute of Bioinformatics)的Fanny Pouyet及其计算遗传学同事在《eLife》期刊上发表了一篇论文，确定了这个数字，多达80- 85%的人类基因组可能受到背景选择的影响。安德鲁·柯恩（Andrew Kern）是俄勒冈大学的种群遗传学家。图片：Courtesy of Andrew Kern/Christopher Perry在他们进一步解释基因重组在DNA修复过程中可能引起的偏倚变化后，他们得出的结论是，只有不到5%的人类基因组是偶然进化的。正如eLife的编辑在他们论文总结中所指出的那样：虽然我们的大部分遗传物质是由非功能性序列构成，但绝大多数是在某种类型的选择下间接进化。随着生物学家学识别更微妙的选择线索，这一估计可能会爬升得更高。人口基因组学的新前沿关注的是身高、肤色和血压(以及其他许多方面)等多基因特征，这意味着它们是由数百或数千个基因共同作用的结果。例如，选择更高的身高，需要在许多分散的基因上积累变化才能产生效果。同样当农民选择玉米品种以获得更高的产量时，这种影响通常同时出现在许多基因中。但根据柯恩的说法，在自然种群中检测多基因适应性是一项非常棘手的工作，因为这些基因很可能以复杂、非线性的方式相互作用。发现这些变化的统计方法才刚刚开始开发，对克恩来说，这将涉及到学习欣赏适应的“另一种味道”，因为它将涉及到个体突变频率的许多小变化，这些小变化共同影响着自然选择。换句话说，这是另一种影响基因组进化的非中性机制。正如中性理论在过去半个世纪中以各种形式发挥的作用一样，进化理论的未来也不可避免地取决于找到更好的方法来完成到底如何以及多少选择不可避免地塑造了我们的基因组的艰苦工作。博科园-科学科普｜参考期刊文献:《分子生物学和进化学》,《国家癌症研究所期刊》,《遗传学与基因组学》文：Viviane Callier/Quanta magazine/Quanta Newsletter博科园-参考论文DOI：DOI：doi.org/10.1093/molbev/msy092DOI：doi.org/10.1093/molbev/msx154DOI：doi.org/10.1093/jnci/djy168DOI：doi.org/10.7554/eLife.36317.001博科园-传递宇宙科学之美

博科园-科学科普-脑科学类根据数据科学家的说法，科学论文中的彩色地图颜色太丰富了。这些数字是如此生动，以至于他们欺骗人们的大脑，让他们认为科学结果比实际结果更具有戏剧性。色彩丰富的图片，用来视觉传达数据的插图，可能是在一篇满是密集文本和日期表文章中最引人注目的东西。这些图像——大脑血流的地图，英国的湿度水平，或者蚂蚁最喜欢咀嚼树叶的地方——就会突然出现。加州大学伯克利分校数据科学家克里斯Holdgraf提供的人类大脑的彩色地图的一个例子：像这样的图片很有吸引力，Holdgraf告诉现场科学，但它们也是一个问题，因为它们可以欺骗你的大脑。彩色地图背后的想法很简单。有时您试图在一个图中表示多种类型的数据。当你只有两种数据时，这个问题很容易解决，创建一个x轴和一个y轴，如下所示：如果你沿着x轴绘制两种数据中的一种(我们叫它“时间”)而另一种数据(我们叫它“火箭的高度”)沿着y轴绘制，你可以在图上画很多点，很容易，清晰地表示信息。当火箭随着时间的推移而上升时，这些点会向上移动。但是有时候，你有三种信息在图表中传递。例如大脑扫描可能会给你一张大脑切片的地图——横坐标是你的x轴，垂直坐标是y轴——上面有关于在这片切片中每一点流过多少血的信息。平面纸上没有三维z轴的空间，因此研究人员通常使用颜色来表示第三种类型的数据。红色可能意味着“大量的血液流动”，而蓝色可能意味着“更少的血液流动”，使用标准的科学软件进行可视化是相当容易的。神经科学论文中的一个典型人物用颜色来表示不同环境下大脑不同部位的血流变化。图片：NIMH, Public Domain问题在于人类的大脑不能像感知空间位置那样有效地感知颜色，在2015年的一次演讲中，加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的数据科学家纳撒尼尔史密斯(Nathaniel Smith)和斯蒂芬范德沃特(Stefan van der Walt)详细解释了这个问题：如果两个点相距一英寸，我们的大脑通常都非常善于准确地感知这两个点之间的距离，无论它们在视觉上处于哪个位置。所以像这个爬升火箭图这样的数字很容易读懂。但是颜色更复杂。在彩虹中，橙色的阴影可能远离红色，就像它远离黄色一样，但我们的大脑可能会感知到颜色比实际更红或更黄。你的大脑以非线性的方式感知颜色——有点古怪，如果你对你选择的颜色不小心，那么从0到0。5的一步可能会被认为是0。3。然后从0。5到1的第二步可能会被认为是0。8。这是一个问题，当你用颜色来表示精确收集的科学数据点之间的关系时。可视化可能会使一个发现看起来比实际的更有戏剧性，或者使小的效果看起来非常大。不认为这是任何人出于任何恶意所做的事情。在大多数情况下，人们只是使用科学软件附带的默认颜色集。但是Holdgraf，连同Smith和van der Walt说，科学家们需要转移到精心挑选的调色板上，以避免绊倒人类大脑中的任何“感知三角洲”——视觉科学说我们的颜色感知是不均匀的。这样的调色板看上去不那么戏剧化。他们不“流行”。但对大多数人来说，他们会更准确地了解数据的真正含义。这三个图像都是使用相同的数据生成的，但他们讲的不是同一个故事。图片：Chris Holdgraf为了说明这一点，Holdgraf编写了一个名为“makeitpop”的软件，可以揭示感知增量对数据可视化的扭曲程度。在上面的tweet中，左边的图像使用“viris”将数据转换为颜色，这是一种避免感知增量的颜色托盘。中间的这个是用Jet做成的，这是一种常见的颜色，由于感性的三角洲，可以使数据看起来比实际更有戏剧性。右边的图像是在viris图像上使用makeitpop的结果，突出显示使用Jet会产生扭曲的区域。希望这个例子能帮助科学家们了解感知三角洲以及如何避免它们。然而要做到完美是不可能的，因为不是每个人都能以完全相同的方式感知颜色。虽然他确实认为这种扭曲的彩色地图是一个严重的问题，但他不认为这会导致科学家得出错误的结论——因为没有人把他们对一篇论文的解释纯粹建立在彩色地图上。不过这是一个在科学研究中尽可能诚实和直截了当的问题，如果科学家想要尽可能地精确和准确，他们就不应该使用能扭曲现实的可视化技术？博科园-科学科普｜文：Rafi Letzter/Live Science博科园-传递宇宙科学之美

博科园-科学科普1998年3月11日世界各地的小行星天文学家收到了一个不祥的消息：关于最近发现的1997年XF11小行星的新观测数据表明，这个半英里宽(近一公里)的天体有可能在2028年撞击地球。这一信息来自于马萨诸塞州剑桥的小行星中心，该中心是世界范围内观测和初步确定小行星轨道的储存库。尽管它的目的只是为了提醒那些追踪和追踪小行星的小型天文团体，让他们进行更多的观测，但这一消息很快就传开了。大多数媒体都不知道该如何看待这一宣布，并错误地强调了地球注定要毁灭的前景。幸运的是，从1997年XF11开始，地球从未处于危险之中。在对现有的小行星观测结果进行了更彻底的轨道分析之后，唐·约曼斯(Don Yeomans)和他的同事保罗·乔达斯(Paul Chodas)得出了相反的结论：2028年的撞击基本上是不可能的。动画描绘了过去20年间已知近地天体(neo)位置的地图，并以2018年1月所有已知小行星的地图作为结尾。美国国家航空航天局的新观测项目支持的小行星搜索小组已经发现了超过95%的近地小行星。目前已知的近地天体超过18000个，发现率平均为每周40个左右。图片：NASA/JPL-Caltech直到今天，我们仍然收到关于XF11影响到2028年的可能性的查询，XF11根本不可能在当年或未来200年影响我们的星球。乔达斯知道这一点，多亏了CNEOS精确的轨道计算，利用世界各地的观测站提交给小行星中心的观测数据来探测和跟踪小行星和彗星的运动。在过去的20年里，CNEOS的计算使得NASA成为这些努力的世界领导者，密切关注附近的小行星和彗星，特别是那些能够穿越地球轨道的小行星。为所有的小行星和彗星计算高精度的轨道，并绘制它们在太阳系中的位置，它们都是向前的，可以及时探测到潜在的撞击，向后看它们在天空中的位置，为太阳系中所有已知的小天体提供了最佳轨道图。映射的风险地天体(neo)是位于轨道上的小行星和彗星，它们会进入太阳系内部，距离太阳1.21亿英里(1.95亿公里)，距离地球围绕太阳的轨道大约3000万英里(5000万公里)。在1997年XF11的媒体狂热表明，在与公众沟通这些物体的近距离时，需要清晰和精确的沟通，以及“在公开声明之前进行同行评审的重要性”。美国国家航空航天局最初的目标是在1998年完成国会的一项要求，即在10年内，对超过一公里(约三分之二英里)的近地天体进行探测和分类，至少要对其中90%进行分类。帮助达到国会目标,美国航天局总部要求喷气推进实验室建立一个新的办公室，处理数据提供的国际天文Union-sanctioned小行星中心提交的小行星和彗星的观测。并配合天文台由学术机构在美国，以及美国空军太空监视资产。1998年夏天，美国宇航局建立了近地天体观测项目，喷气推进实验室成为该机构对“近地天体项目办公室”的研究数据和分析中心。2016年该办公室改名为近地天体研究中心(CNEOS)，同时在华盛顿的NASA总部成立了行星防御协调办公室(PDCO)。大约20年来，CNEOS一直是NASA的中心中心中心，用于精确绘制所有已知的近地天体的轨道，预测它们即将接近的轨道，可靠地评估它们对地球的影响，并将这些信息传递给全世界的天文学家和公众。预测近距离接触和影响：岗哨和侦察评估小行星或彗星撞击风险的第一步也是最重要的一步是确定任何给定物体的轨道是否会穿过地球的轨道，然后确定它离我们的星球到底有多近。喷气推进实验室(JPL)甚至在美国航空航天局(NASA)启动其NEO观测计划之前，就已经确定了一些NEO的高精度轨道，并且已经升级了其轨道模型，为小行星的位置和轨道提供了最精确的评估。世界各地的天文台利用数字图像对天空进行检测，在数天、数周、数月(甚至数十年)的时间里探测移动的光点(小行星或彗星)，然后向小行星中心报告这些移动物体相对于恒星静态背景的位置。看“一粒光如何变成一颗小行星”。随后CNEOS的科学家们利用所有这些观测数据，更精确地计算出一个NEO的轨道，并预测其未来数年的运动，寻找对地球、月球和其他行星的近距离接近和潜在影响。该图表描述了已知近地小行星(NEAs)与时间的累积数量。红色区域表示已知的超过0.6英里(1公里)的NEAs数量。橙色区域描述的是已知的大于460英尺(140米)的天体的数量。蓝色区域表示所有大小的已知NEAs数量。图片：NASA/JPL-Caltech一个名为“哨兵”的CNEOS系统在前方搜寻未来一百年内所有可能的地球撞击可能性，每一个已知的近地天体都是如此。Sentry的影响监控持续运行，使用最新的CNEOS生成的轨道模型，结果被在线存储。到目前为止，在大多数情况下，任何潜在影响的概率都是非常小的，在其他情况下，物体本身是如此的小——小于20米，或接近66英尺——以至于即使它们进入了地球的大气层，它们也几乎肯定会解体。如果哨兵发现了一个物体的潜在影响，我们就把它添加到我们的在线‘影响风险’表中，然后小行星观察者就可以对这个物体进行优先级排序，以便进行进一步的观察，对物体随时间的位置测量得越多，我们就能越好地预测它未来的路径。在大多数情况下，新的测量结果意味着，由于轨道路径的不确定性降低了，撞击的可能性也被排除在外，因此物体可以从风险列表中删除。最近CNEOS还开发了一个名为Scout的系统，为最近发现的物体提供更直接、更自动的轨迹分析，甚至在独立的观测站确认他们的发现之前。侦察系统昼夜不停地工作，不仅通知观察者在任何特定时间观察到最高优先级的物体，它还会在接下来的几个小时或数天内立即通知行星防御协调办公室任何可能的即时影响。最近的一个例子是2018年小行星撞击非洲博茨瓦纳的预测结果。更多的狩猎近年来，美国国家航空航天局(NASA)资助了更多的小行星调查，NASA的近地小行星观测项目占近地小行星和彗星发现的90%以上。目前已知的近地天体超过18000个，发现率平均为每周40个左右。尽管1998年国会的最初目标已经被超越，而且在过去二十年中小行星的发现和跟踪也取得了很大进展，但这项工作还没有结束。2005年，国会为NEO观测计划制定了一个更加雄心勃勃的新目标——发现90%的NEO，直到更小的450英尺(140米)，并在2020年实现这一目标。这些较小的小行星如果撞击地球，可能不会带来全球灾难的威胁，但它们仍可能造成大规模的区域破坏和生命损失，尤其是在大都市附近。CNEOS继续改进其轨道分析工具、图像和图形表示能力，并更新其网站，以便迅速和准确地向PDCO、天文社区和公众提供关于neo的最新信息。博科园-科学科普｜文：喷气推进实验室博科园-传递宇宙科学之美

【博科园-科学科普】如果本文能为你带来你未曾了解知道信息或知识，故“博科园”觉得还是有用的。那么在评论区留个言点个赞，并关注一下吧 (*°°)=3（本图片信息见下面图注）（图注）这幅图像显示了引力透镜效应，因为空间被质量扭曲了。这是爱因斯坦相对论给出正确答案的预测。但即便如此，也不可能证明爱因斯坦是对的。图片版权：NASA，ESA和Johan Richard（美国加州理工学院）; 致谢：Davide de Martin＆James Long（欧空局/哈勃）你听说过人类最伟大的科学理论：进化论，大爆炸理论，引力理论。你也听说过证明的概念，并且声称某些证据证明了这些理论的有效性。化石、遗传和DNA证明了进化理论。哈勃膨胀的宇宙，恒星，星系，重元素的演变 ，以及宇宙微波背景的存在证明了大爆炸理论。下落的物体，GPS时钟，行星运动，以及星光的偏转，证明了引力理论。除了这是一个完全的谎言，虽然它们为这些理论提供了强有力的证明，但它们并不是证据。事实上，在科学方面证明什么都是不可能的。（本图片信息见下面图注）（图注）从理论上讲，木星的大红斑与大气其余部分不同的特性可能与来自下方的热差异有关。即使有证据支持这个观点，也不会构成科学证据。图片版权：Art by Karen Teramura, UH IfA with James O’Donoghue and Luke Moore现实是一个复杂世界。从经验主义的观点来看，我们所要做的就是衡量和观察的数量。即使是这样，这些量也仅仅是用来进行观测和测量的工具设备。距离和大小只和能接触到的测量尺一样；亮度测量仅仅和计算及量化光子的能力一样；即使是时间本身，也只有必须测量它的通过时间。无论我们的测量和观察结果如何，它们的有效程度都是有限的。（本图片信息见下面图注）（图注）一个由两个镜子之间的光子反射形成的光钟将为观察者定义时间。即使狭义相对论理论和所有的实验证据都不能被证明。图片版权：John D. Norton我们也不能观察或测量一切。即使宇宙不受支配它的基本量子规则约束，以及它固有的不确定性，也不可能每时每刻都测量每一种状态下的每一个粒子的状态。在某种程度上，不得不推断，这非常强大，非常有用，但也非常有限。（本图片信息见下面图注）（图注）空间的曲率意味着在弯曲更大的空间里，更深层的时钟会以不同的速度运行，而不是在较浅的空间中运行。虽然我们对GPS卫星的预测非常好，但即使这样也不能“证明”广义相对论是正确的。图片版权：NASA为了想出一个能够预测在各种条件下需要什么样的模型，需要了解一些事情：1、能够测量什么、以及精度？2、到目前为止，在特定的初始条件下测量什么？3、这些现象有哪些规律，即观察到特定量之间存在什么关系？4、现在所知道的限制是什么？如果理解了这些，就有了合适的成分来制定一个科学理论：一个解释我们已经知道的事情的框架，并预测在新的、未经测试的情况下会发生什么。（本图片信息见下面图注）（图注）如果你看得够远，能看到的最远的时间是138亿年——对宇宙年龄的估计。这是回溯到最早的时期，也是宇宙大爆炸的概念。虽然我们所观察到的一切都与《宇宙大爆炸》框架一致，但它并不是可以被证明的。图片版权：NASA / STScI / A. Felid人类最好的理论，就像上述的进化论，宇宙大爆炸理论和爱因斯坦的广义相对论等一样，涵盖了所有这些基础。都有一个潜在的量化框架，使科学家们能够预测在各种情况下会发生什么，然后去测试这些预测。到目前为止，这些理论已经证明自己是非常有效的。理论的预言可以用数学表达式来描述，不仅可以说出应该发生什么，而且可以知道是多少是怎么样的！对于这些理论来说，能在许多其他理论中进行了测量和观察，已验证了其理论的成功。但是，正如它所证明的那样：与伪造替代品一样强大——在科学上证明任何东西都是完全不可能的。（本图片信息见下面图注）（图注）数学证明 [ f（x） - g（x）] 的导数等于f（x）的导数减去g（x）的导数。在科学中，即使是数学证明也不足100％确定，因为它不能100％确定数学规则适用于物理系统。图片版权：保罗道金斯/拉马尔大学在科学中，最好的过程是非常相似的，但有一个警告：你永远不知道你的假设，规则或逻辑步骤何时会突然停止描述宇宙。你永远不知道你的假设何时会突然失效。你永远不知道你成功地应用于A、B和C的规则是否会成功地应用于情况D。（本图片信息见下面图注）（图注）导致红移不仅仅是星系正在远离我们，更确切地说：我们和星系之间的空间将光从那个遥远的点转移到我们的眼睛上。当然这是基于一个假设，它的有效性，没有办法测试。如果这是错误的，那么也可以得出所有结论。图片版权：RASC卡尔加里中心的拉里·麦克尼什（Larry McNish）这是一种信念的飞跃，认为它将会发生，尽管这些通常是很好的信仰飞跃，但不能证明这些跳跃总是有效的。如果自然规律随着时间的推移而改变，或者在不同的情况下，或在不同的方向或空间地点，又或者不适用于所处理的系统，那预测将是错误的。这就是为什么在科学中所做的每件事，不管它得到多少测试，都是初步的。（本图片信息见下面图注）（图注）标准模型拉格朗日是包含标准模型的粒子和相互作用的函数方程。它有五个独立的部分：胶子（1），弱玻色子（2），物质如何与弱力和希格斯场（3）相互作用，减去希格斯场冗余（4）的幽灵粒子， Fadeev-Popov鬼场响弱相互作用的冗余（5）。中微子质量不包括在内，而且这只是迄今为止所知道的； 它可能不是描述4个基本力中3个完全拉格朗日函数。（附：托马斯·古铁雷斯（Thomas Gutierrez）坚持认为在这个等式中有一个“符号错误”）即使在所有科学中理论物理学是最数学的，科学的“证明”也不是完全可靠的。如果对基础物理理论(或其数学结构)的假设不再适用——超出理论的有效性范围——将“证明”某些事实证明是不正确的。如果有人告诉你一个科学理论已经被证明，你应该问他们是什么意思？通常意思是“确信这是真的”，或者有压倒性的证据表明一个具体的想法在一个特定的范围内是有效的，但在科学上没有任何东西能真正被证明，因为科科学总是再自我证伪中不断修改。（本图片信息见下面图注）（图注）在标准模型中，中子的电偶极矩比我们的观测极限大100亿倍。唯一的解释是：某种程度上，超越标准模型的东西是为了保护CP对称。我们可以在科学中展示很多东西，但是证明CP在强相互作用中是守恒的，或许是永远不可能做到的。图片：来自Andreas Knecht的公共领域工作这并不意味着根本不可能知道任何事情。相反，在许多方面，科学知识是我们可能获得的关于世界的最“真实”的知识。但在科学方面，没有任何事情可以证明是毫无疑问的。正如爱因斯坦曾经说过的那样：科学理论家是不可被嫉妒的，对于自然，或者更精确的实验来说，对于他的工作是一个不可或缺的无情评判。它从来没有对理论说“是”。在最有利的情况下，它说“也许”，在绝大多数情况下，只是“不”。如果一个实验验证一个理论，它意味着后者“也许”，如果不能验证则意味着“不”。也许大多数理论在概念发表之后不久都有一天会经历它的“不”。（本图片信息见下面图注）（图注）统一的观点认为三种标准模型的力，甚至是更高能量的力，都统一在一个框架内。这个想法是强大的，也导致了大量的研究，但这是一个完全未经证实的猜想。尽管如此，许多物理学家相信这是理解自然的一种重要的方法或途径。图片版权： ABCC Australia 2015 www.new-physics.com所以有时候不要试图证明一些事情，试着说服自己成为最严厉的评论家和最大的怀疑论者。每一个科学理论或许总有一天会失效，如果这样做的话，这将预示着一个科学探索和发现的新时代。在所有人类史上所提出的科学理论中，最好的理论成功的时间最长，范围最广，影响力最深…。在某种意义上这比证明更好：这是对人类有史以来想象物质世界最正确的描述！知识：科学无国界，博科园-科学科普作者：Ethan Siegel（天体物理学家）来自：Forbes science编译：卿君侧审校：博科园

博科园：本文为天文学类斯蒂芬霍金说过：“金星在很多方面与地球类似，就像是一对相亲相爱的表兄妹。它的个头几乎与地球一模一样，与太阳的距离比地球近，拥有足以碾碎潜艇的大气层。”在系列纪录片《霍金最喜欢的地方》中，这位物理学巨匠建议否认气候变化的人到金星一游，亲眼看一看如果他们继续无视气候变化，地球将遭受怎样的厄运。日本“拂晓”号探测器拍摄的金星。金星云层可能存在允许微生物生存的环境早在2018年10月9日普利策奖获奖记者尤金·罗宾逊这样写道：“我们生活在一部恐怖片中，这是我对联合国最新发布的全球变暖报告的解读。”当前的金星环境超乎我们的想象。行星学家称金星就像是地狱：地表温度超过800华氏度（约合426摄氏度），上空覆盖着令人窒息的硫酸云层，大气压是地球的90倍，足以将我们派去的任何探测器压成肉饼。政府间气候变化专门委员会表示人类活动导致的全球变暖造成的影响超出此前预计，只有全球合作，共同应对气候变化，才能避免灾难性后果。前美国气象学会会长威廉·盖尔表示绝大多数小幅气候变化都可以管控。然而，不可避免的是，极少数环境变化将不断恶化，最终威胁我们的安全、健康和经济。不幸的是，我们尚无法精准预测哪些环境变化最终会酿成灾难。金星与地球对比图盖尔表示：“也许，经常性的无冰北极夏季会以微妙方式改变极地海洋环境，导致全球海洋生态系统发生无法预测的复杂变化，摧毁全球渔业。也许，农业害虫能够适应气候变化的压力，通过进化改变破坏农作物的能力，导致农民无法跟上它们的步伐，进而威胁全球粮食安全。由于气候变化导致进化竞赛发生改变，基因突变型疾病将给人类构成前所未有的医疗挑战。”某些威胁可能太过惊人和怪异，即使已经浮出水面，我们也很难理解。由于对威胁以及如何遏制威胁缺乏认知，我们无法及时采取行动。气候变化是一个缓慢的渐进过程，很难在短期内感受到气候变化的巨大影响。但根据联合国的报告，这种情况将很快发生改变。气候变暖导致极地冰川消融。如果气候继续恶化，地球恐沦为另一颗金星大量燃烧化石燃料导致全球温度升高了1摄氏度左右，听起来升幅很小，但后果非常可怕。规模空前的热浪、破坏性洪水和珊瑚礁消亡都与气候变暖有关。人类继续以灾难性的自毁速度向大气排放二氧化碳。政府间气候变化专门委员会表示由于我们依赖煤炭、石油和天然气，全球温度再升高1.5摄氏度几乎不可避免。1.5摄氏度虽然是个巨大挑战，但仍可管控。如果升幅达到2摄氏度左右，等待我们的将是一场灾难。美国宇航局2002年进行的研究发现，金星拥有与地球类似的特征，45亿年前甚至有水存在。随着金星温度不断升高，更多水蒸气进入大气层，捕获更多热量，直至海洋完全蒸发。在电脑动画中，霍金乘坐飞船穿过金星的硫酸云层。他发现金星的大气压是地球的90倍，足以碾压潜艇，地表温度超过800华氏度。霍金指出如果温室气体的排放不能得到控制，地球将陷入类似境地。一个金星日相当于243个地球日，但金星的一年只有224.7天金星的诞生时间和诞生地点与地球几乎相同，个头与地球相当，最初的物质也与我们相同。然而现在，金星的水量只有地球的0.001%。2008年，“金星快车”探测器发现从金星阴面逃逸的氢和氧比例为2比1。在阳面，每天有近300公斤氢逃逸到太空。“金星快车”尚未在阳面发现氧逃逸现象，但搜索工作仍在继续。波士顿大学的约翰·克拉克表示：“当前的金星大气层几乎没有水的影子，但我们认为过去的金星拥有大量水。”如果地表温度能够在长期内低于水的沸点，金星可能一度出现河流。这颗星球甚至一度出现冰。1979年拍摄的金星照片。金星并不是一颗宜居星球。这颗行星存在大量活火山同时还有剧烈的温室效应，生命很难在这样的恶劣环境下生存确定金星过去水量的关键是测算仍留在大气中的氢和氘数量。这两种元素都能与氧结合，形成水（H2O、HDO和D2O）。强烈的太阳紫外线几乎会分解金星大气层中的所有水分子。由于水中的氢比较轻，逃逸到太空的速度超过氘。通过比较大气中的氘和氢量，科学家能够推算出多少水从金星表面消失以及整个过程的发展速度。科学家的早期估算结果表明古代金星拥有足够的水，足以让整个星球被7米深的水覆盖。估算所用数据来自于美国宇航局1978年发射的“金星先锋”号飞船以及其它观测任务。不过，不同高度大气中的氧和氘量存在差异，会对计算结果造成影响。“伽利略”号飞船1990年拍摄的金星照片。照片经过处理，以突出云层欧航局“金星快车”获取的数据对气候学家具有不可估量的意义，可帮助他们创建地球气候模型，预测未来的气候变化。天体生物学家大卫·格林斯普恩认为科学家应将目光投向临近行星，以加深对全球变暖危害的认知。“火星和金星一度与地球非常接近，最后却变得面目全非。它们都能为我们提供宝贵的气候信息，帮助预测地球的气候变化。”气候学家认为由于太阳温度逐渐升高，金星遭遇了失控温室效应。天文学家指出年轻太阳的亮度比现在低30%。过去的40亿年，太阳亮度逐渐升高。在此过程中，金星地表水不断蒸发并进入大气层。金星艺术概念图格林斯普恩指出：“水蒸气是一种强有力的温室气体，导致金星温度进一步升高，从而让更多水蒸发，形成一个恶性循环。这种恶性循环被称之为‘失控温室效应’。”在人造温室气体的影响下，地球温度逐渐升高，未来可能遭受同样的厄运。了解金星过去的气候有助于科学家进一步揭示地球的未来命运，推测类似灾难距我们还有多远。确定金星何时穿过“不可返回点”具有非常重要的意义。盖尔指出：“寨卡病毒预示了一个可怕的未来。短短几年内，这种病毒便从一个被忽视的罕见疾病变成一场医疗恐怖事件。寨卡病毒的爆发可能不是气候变化的直接后果，但如果我们不能延缓全球变暖，将遭遇比寨卡病毒爆发更严重的灾难。”博科园-科学科普｜文: Daily Galaxy转自: 漫步宇宙/qqtaikong博科园-传递宇宙科学之美博科园-请看更多精彩内容：天体物理学家模拟恒星声音来揭示其秘密！神奇的量子力学，量子测量的新见解！科学家探测到火星地震，该知道的都在这了！

博科园：科学科普-天体物理学类数学家反驳了著名的宇宙审查猜想，研究回答了广义相对论研究中最重要的问题之一，并改变了我们对时空的看法。在这一猜想被提出近40年之后，数学家们已经解决了广义相对论研究中最深奥的问题之一。去年发布的一篇论文中，数学家Mihalis Dafermos和Jonathan Luk已经证明，著名的宇宙审查猜想（黑洞奇怪的内部工作原理）是错误的。博科园-科学科普：普林斯顿大学的数学家伊格尔·罗德尼亚斯基说：我个人认为这是一个巨大的成就，并且对广义相对论的理解有了质的飞跃。1979年名噪一时的物理学家罗杰·彭罗斯提出了著名的宇宙审查猜想，这是一种摆脱“陷阱”的方法。几十年来，阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论一直是对宇宙中大规模现象最好的科学描述。然而20世纪60年代的数学进步表明，爱因斯坦的方程在黑洞应用上出现了一些纰漏。彭罗斯认为，如果他的宇宙审查猜想是正确的，那么这种缺乏可预测性就会被视为一种数学上的新奇，而不是对物质世界中肯的陈述。普林斯顿大学的数学家达弗莫斯说：彭罗斯提出了一个猜想，基本上是想让这种不良行为消失。这项新工作使彭罗斯的梦想破灭了，同时，他通过其他方式实现了他的宏图，表明他对黑洞内部物理学的直觉是正确的。相对论的过失在经典物理学中，宇宙是可以预测的：如果知道支配物理系统的定律，并且知道它的初始状态，就应该能据此无限地推演它的发展直到未来。无论用牛顿定律来预测台球的未来位置，还是麦克斯韦方程描述电磁场，或者是爱因斯坦的广义相对论来预测时空形状的演变，这些原理都是成立的。这是所有经典物理学回归牛顿力学的基本原理，苏黎世ETH的数学家、研究爱因斯坦方程的主要人物Demetrios Christodoulou说：可以从最初的数据决定发展演化。但在20世纪60年代，数学家和物理学家注意到，当模拟旋转黑洞内部的时空演化时，爱因斯坦场方程（这是广义相对论理论的核心）出现了一些问题。要想知道哪里出了问题，就必须模拟自己掉进黑洞里的场景。首先穿过视界，没有返回点(尽管对你来说它看起来就像普通的空间)，在这里，爱因斯坦的方程仍在发挥作用，为时空未来如何演化提供了一个单一的、确定性的预测。但是当继续进入黑洞时，最终会通过另一个视界，即柯西视界。这将会让事情变得复杂起来。爱因斯坦的方程式起始宣称许多不同的时空结构可以渐渐显现出来。尽管它们各不相同，但它们都满足方程成立的条件。然而这个理论不能告诉我们哪个才是正确选项，对于物理理论来说，这是个基本的过错。加拿大盖尔弗大学的物理学家艾瑞克·波森说：在广义相对论中发现的可预测性功能丧失是令人非常不安的。罗杰·彭罗斯提出了著名的宇宙审查猜想来恢复爱因斯坦方程的可预测性功能。猜想说到柯西世界是数学思想的虚构。它可能存在于宇宙中只包含一个旋转黑洞的理想化场景中，但不可能在真实意义上存在。彭罗斯认为由于柯西视界并不稳定，任何通过它的引力波都会将其分解成一个奇点：一个将时空分割的无限密度区域。实际上宇宙是随着这些波上下起伏的，柯西视界永远不会在自然环境中出现。 因此，问及柯西视界以外的时空发生了什么是个荒谬的问题，在这种情况下广义相对论中所认为的时空不再存在，达弗莫斯说：这为我们走出这个哲学难题指明了道路。 然而，这项新的研究表明，在柯西视界上建立时空界限比彭罗斯所想象的要小得多。拯救黑洞 斯坦福大学的数学家达弗莫斯和卢克证明了柯西视界的情况并不是那么简单。他们的工作微妙地驳斥了彭罗斯提出的著名宇宙审查猜想理论，但这并不是完全否认彭罗斯的学术精神。 达弗莫斯研究生院的顾问克里斯托杜卢十年前建立的方法表明柯西视界线确实可以形成一个奇点，但不是彭罗斯预期的那种。在达弗莫斯和卢克的作品中，发现了一个弱的“光似”奇点，在那里彭罗斯期望有一个强的“类空间”奇点出现。这种较弱的奇点在时空结构上起到了拉动作用，但并没有破坏它。达菲莫斯说：我们的定理意味着，穿越柯西视界的观察者不会被潮汐力撕裂，但可能会有点“绷紧”。因为在柯西视界上形成的奇点事实上比著名的宇宙审查猜想所预测的更为温和，所以广义相对论不能立即预测其内部发生的事情。剑桥大学的物理学家Harvey Reall说：定义柯西视界仍然是有意义的，如果你愿意，就可以不断地扩展时空。达弗莫斯和卢克证明了时空可以扩展到柯西视界之外，另外，从同一个起点，视界可以以任何数量的方式延伸。达弗莫斯说：过去的视界有很多这样的扩展供人们参考，因此没有理由去做其他选择。然而这项研究的微妙之处：这些非唯一的时空扩展并不意味着爱因斯坦方程在视界之外失效。爱因斯坦方程是通过量化时空随时间的变化而有效的。在数学语言中，它需要一种初始时空结构的导数。为了能够得到导数，时空必须足够“平滑”。达弗莫斯和卢克表示：当时空存在于柯西视界之外时，这个扩展的时空无法满足爱因斯坦方程。因此，即使证明著名的宇宙审查猜想是错误的，这些方程仍然可以避免不寻常解决方案的尴尬。研究柯西视界是有意义的，然而不能继续超越它作为爱因斯坦方程的一种解决方案。雷尔说：他们提供了相当有说服力的证据，我认为这是真的。你可以认为这个结果是一次令人失望的妥协。即使你可以将时空扩展到柯西视界之外，爱因斯坦的方程也无法解决这一问题，但正是这一事实使达弗莫斯和卢克的作品如此有趣。罗德尼亚斯基说：这是人们真正发现爱因斯坦方程中的一个新现象。博科园-科学科普｜文：Kevin Hartnett/Quanta magazine

博科园：科学科普-脑科学类麻省理工学院的研究员Steve Ramirez和Xu Liu创造了历史，他们成功地将错误的记忆植入老鼠大脑。这一证据只是这只啮齿动物的简单反应，但其影响是巨大的。他们把这只毛茸茸的小动物放在一个金属盒子里，盒子冻结了，显示出明显的恐惧反应。老鼠的反应就像受到了电击一样，而实际上它根本没有受到电击。图为神经科学家解释大脑的内部运作更吸引人的是，他们的成功被认为是一场持久战。假设是，他们不仅能识别与编码记忆相关的神经元，而且可以重写一种。这是一个令人印象深刻的壮举，有助于揭开更多关于记忆运作的奥秘。尽管神经科学家多年来一直在考虑这种可能性，但他们从未想过这种实验能真正起作用。这一突破是有可能的，因为牛津大学的研究发现了短期记忆是如何转换成长期记忆的。但麻省理工学院的研究人员把它带入了一个全新的方向。记忆实际上储存在一个区域，但某些神经元组被称为eng。Ramirez和Liu在2010年一起研究，设计了一种探索活体大脑的新方法，以确定具体的eng。神经科学家们使用了一种叫做光遗传学的新技术，这种技术利用激光刺激基因工程设计的细胞对它们做出反应。记忆所在区域是用紫色标记科学家们和他们的团队将一种生化混合物注入了特殊基因改造老鼠的大脑中。这种鸡尾酒含有一种名为“通道-红-2”的感光蛋白基因。这被注射到齿状回——海马体中记忆被编码的区域。然后他们将纤维植入老鼠的头骨。它们充当了激光器的导管。研究人员发现，他们可以通过向某些神经元注入激光来重新激活记忆。为了证明能够识别特定的记忆，他们激活了与恐惧相关的记忆。实验结束后，用显微镜检查小鼠的脑组织。那些与特定记忆相关的记忆因注入的化学物质而呈现绿色。把它比作“星空”，在那里你可以看到“个别的星星”。发光的engram与脚部的电击有关，因此引发了惊吓或恐惧反应。既然知道了哪个字母与恐惧有关，就建立了一个实验来测试它。在将鸡尾酒注入大脑的同一区域后，把老鼠放在一个金属盒子里。这个盒子是安全的。这只老鼠可以在没有任何问题的情况下探索12分钟。第二天，它被放在一个不同的盒子里，但却收到了电击。研究人员保证，这两个盒子的颜色、形状和气味各不相同。第二天，同样的老鼠又被放回了安全的盒子里，并且会记住它是安全的。但研究人员使用激光激活了足部电击记忆，引发了恐惧反应。神经元网络点亮对人类来说，类似过程是可以想象的吗？根据Ramirez的说法：因为原理证明是存在的……人类与技术创新之间的唯一跨越。今天世界上有超过20个实验室正在进行这项研究。事实上，一个法国研究小组在睡觉老鼠的大脑中植入了错误的记忆。波士顿大学(Boston University)神经科学中心(Center for Neuroscience)主任霍华德正在努力重建更长的、更大的记忆，这些经历随着时间的推移而展开。有很多积极的影响，比如能够把那些痛苦的记忆从创伤后应激障碍(PTSD)、抑郁和其他精神疾病中去除，甚至消除它们。可能有应用在老年痴呆症，逆向工程记忆丢失的疾病。它甚至对那些患有药物滥用障碍的人有希望，让他们忘记瘾。即便如此，也有消极的含义。因为我们的记忆是把我们身份维系在一起的粘合剂，难道就不能抹去一段记忆，哪怕是一段糟糕的记忆，不可磨灭地抹去一部分人自己吗？虽然痛苦，消极记忆定义了我们。当然，那些因抑郁或创伤后应激障碍(PTSD)困扰而步履蹒跚的人可能会将其视为一种可取之处。今天，科学家们的目标不是从技术上消除记忆，至少一开始是这样，而是以一种促进而不是阻碍心理健康的方式重写记忆。但潜力是存在的。有进一步的影响。与恐惧反应相关的神经元被照亮在证人身上植入虚假记忆来改变审判的结果怎么样？在过去，许多人被判无罪，后来由于DNA检测的出现而被宣告无罪。错误的记忆植入可能导致一种新的残酷证人篡改形式。像《盗梦空间》或《永恒的阳光》这样的电影可能会成为现实。但是，如果你从过去的经历中抹去了对前任的记忆，那么你学到关于爱情的经验是否也会随之而去呢?这涉及到国家控制，甚至是一个人思想的主权。在极权主义政权下，这样的程序可以制造虚假的爱国主义，甚至可以清除革命者的记忆，使他们对国家忠诚。真正做到这一点的能力被认为需要四五十年的时间。然而，美国国防部高级研究计划局(DARPA)表示，仅用四年时间，就可以制造出一种能够改变ptsd相关记忆的植入物。理论上，这种技术可以用来压制异议。与此同时，纽约大学(New York University)的心理学教授加里·马库斯(Gary Marcus)博士建议，在人脑中植入一个微型芯片，以实现人机界面，使大脑成为一个搜索引擎，同时提高人们的记忆力。也许您可以备份文件以防止篡改。但它难道不允许黑客攻击你的大脑吗？一场场重要的伦理对话现在必须开始。必须建立上层严格的礼仪。然而，那些在它的边界之外工作的人仍然有可能违反。尽管这一技术显示了希望，但必须制定强有力的规章和监督，以防止侵犯人权和司法不公正。博科园-科学科普｜文：PHILIP PERRY/big think

博科园：本文为天文学类由亚利桑那大学领导的研究小组发现了一粒在一颗逝去已久恒星垂死挣扎时形成的尘埃。这一发现对现有一些理论提出了挑战，这些理论认为，濒死的恒星是如何为宇宙播下形成行星的原材料，并最终形成生命的前体分子。在南极洲收集到的一颗球粒陨石中，这个微小斑点代表了真正的星尘，很可能是在我们的太阳存在之前，一颗爆炸恒星抛入太空的。尽管这些颗粒被认为是构成太阳和我们行星混合物的重要原料，但它们很少能在太阳系诞生后的动荡中幸存下来。这篇论文的主要作者皮埃尔·海内库尔(Pierre Haenecour)说：作为恒星的实际尘埃，这些太阳系前的颗粒让我们了解了太阳系形成基础。该论文计划于4月29日在《自然天文学》(Nature Astronomy)网站上提前在线发表。它们还为我们提供了一幅恒星形成时状态的直接快照。这颗被称为lap149尘埃颗粒是已知石墨和硅酸盐颗粒的唯一组合，它们可以追溯到一种被称为新星的恒星爆炸特定类型。值得注意的是，它在穿越星际空间的旅途中幸存了下来。并在45亿年前，或许更早的时候，到达了后来成为我们太阳系的区域，在那里它被嵌入了一块原始陨石中。由美国联合航空公司(UA)领导的一个研究小组发现了这样一个包裹在陨石中的颗粒(插图图像)，它在我们太阳系的形成过程中幸存下来，并使用足够灵敏的仪器对其进行了分析，这些仪器能够识别样本中的单个原子。图片：University of Arizona/Heather Roper新星是双星系统，其中一颗被称为白矮星的恒星核心残余物正在从宇宙中消失，而它的伴星要么是一颗低质量主序恒星，要么是一颗红巨星。然后白矮星开始从它膨胀的同伴那里吸取物质。一旦它吸收了足够多的新恒星物质，白矮星就会以足够剧烈的周期性爆发重新点燃，从而从恒星燃料中锻造出新的化学元素，并将它们喷射到太空深处，在那里它们可以进入新的恒星系统，并融入到原材料中。自从大爆炸后不久，宇宙只由氢、氦和少量锂组成，恒星爆炸促进了宇宙的化学富集，导致了我们今天看到的元素过剩。利用美国联合航空公司月球和行星实验室先进的离子和电子显微镜设备，由Haenecour领导的一个研究小组分析了微生物大小尘埃颗粒到原子水平。这个来自外太空的小信使被证明是真正的外星人——富含一种叫做C13的碳同位素。从太阳系任何行星或天体上采集的任何样本，其碳同位素组成通常会有50个左右的差异，在lap149中发现的C13含量增加了5万多倍。这些结果提供了进一步的实验室证据，证明新星富含碳和氧的颗粒对我们太阳系的构成构成了贡献。尽管它们的母星已经不复存在，但陨石中发现的单个星尘颗粒同位素、化学成分和微观结构，为星尘的形成和恒星外流的热力学条件提供了独特约束。详细分析揭示了更多意想不到的秘密：不像类似尘埃颗粒被认为是在垂死恒星中形成，lap149是已知的第一个含有富含氧硅酸盐夹杂物的石墨颗粒。该研究的主要作者皮埃尔·海内库尔(Pierre Haenecour)在这里用超高分辨率电子显微镜拍摄了这张照片，该电子显微镜用于获取星尘颗粒的化学和微观结构信息。图片：University of Arizona/Maria Schuchardt发现让我们得以一窥在地球上从未见过的过程，它告诉我们，当尘埃颗粒被新星驱逐时，它们是如何形成并在内部移动。我们现在知道，碳质和硅酸盐尘埃颗粒可以在同一颗新星喷出物中形成，它们在喷出物中穿越化学上截然不同的尘埃团块，这是新星模型预测到的，但从未在样本中发现过。不幸的是，lap149没有包含足够的原子来确定它的确切年龄，所以研究人员希望在未来能找到类似的、更大的样本。美国联合航空公司柯伊伯材料成像与表征设施的科学主任、月球与行星实验室和美国联合航空公司材料科学与工程系副教授汤姆·泽加(Tom Zega)说：如果有一天我们能确定这些天体的年代，就能更好地了解我们所在星系是什么样子，以及是什么触发了太阳系的形成。也许我们的存在要归功于附近超新星爆炸，它的冲击波压缩了气体云和尘埃，点燃了恒星，创造了恒星托儿所，就像我们在哈勃著名的‘创造之柱’图片中看到的一样。含有星尘斑点的陨石是月球和行星实验室收集的最原始陨石之一。它被归类为碳质球粒陨石，被认为类似于ua领导的奥西里斯-雷克斯任务目标小行星Bennu上的物质。奥西里斯-雷克斯任务小组希望通过采集Bennu样本并带回地球，为科学家们提供自太阳系形成以来几乎没有(如果有的话)变化的物质。在此之前，研究人员只能依靠罕见的发现，比如lap149，它在被一颗恒星爆炸后幸存下来，被一团即将形成我们太阳系的气体和尘埃所包围，并在坠落地球之前被烤成一颗小行星。当你想到一路走来本应杀死这些谷物的那些方法时，你会觉得很不寻常。博科园-科学科普｜研究/来自: 亚利桑那大学参考期刊文献:《Nature Astronomy》DOI: 10.1038/s41550-019-0757-4博科园-传递宇宙科学之美博科园-请看更多精彩内容：旋转黑洞将接近光速的等离子云喷射到太空中！冬季极地涡旋使土卫六变得很冷！中国新突破：保真度超99%，量子存储效率的新纪录！