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[转] 走近量子纠缠（19-大结局）——量子隐形传输（二）上图中的图a表示：一个光子入射到分光器，或者反射，或者透射，概率各半。现在考虑两个光子和，分别从左右两边入射到分光器。当两光子同时抵达分光器时，两光子之波包相互重叠，因而产生干涉效应。它们经过分光器后有四种情形：1，反射、透射；2，透射、反射；3，反射、反射；4，透射、透射。第一种情形，两个输出光子同时射向左边，如图b所示。情形2时，两个光子同时射向右边，如图c所示。但是，我们无法区别第三和第四这两种情形，因为光子是不可区分的。我们不知道，从分光器射出的光子，哪个来自？哪个来自？所以，在3和4这两种情形下，都是一个光子向左，一个光子向右，如图d所示。在此还必须说明一点：仅仅利用线性光学器件，不可能在实验中区分4个贝尔态。理论上已经证明，最多只可能区别4个贝尔态中的3个。所以，也就是说，如果只用线性元件，我们就只能作"不完全的贝尔测量"。在上面的公式（19.2-19.5）所表示的4个贝尔态中，｜y-＞ =｜10＞-｜01＞是一个反对称的单态，另外的｜f+＞、｜f-＞和｜y+＞则构成对称的三态。利用刚才所介绍的半透半反分光器，可以将贝尔单态｜y-＞，与其它贝尔态分开来。

[转] 走近量子纠缠（18）——量子隐形传输（一） 18.量子隐形传输（一）无论是量子信息、量子密码、量子计算等等，所有想要在计算或通讯中应用量子力学规律的领域，都离不开一个基本的位元：量子比特。从前面的章节我们已经了解到，量子比特是一个量子态，由于量子态的叠加性质，n个量子比特能够表示的状态数比n个经典比特能表示的状态数多得多，因此，量子比特比经典比特听起来更强大、更有用多了。不过，我们也知道，量子态是不确定的、难以对付的。除此之外，它还有个经典比特完全没有的性质：不可克隆定理。量子态不可克隆定理说: 一个未知的量子态是不可克隆的。有学者在1982年（见参考资料）从量子态叠加原理的推论，而证明了这个定理。在此，我们只是从测不准原理来粗浅地理解这个定理：从经典'克隆'的意义上说，要想精确地复制一个物品，首先就要得到（测量）这个物品的所有的信息。然而，对一个遵循量子规律的系统（比如量子比特），我们不可能同时精确测量它的所有物理量，因为根据"海森堡测不准原理"，在同一时刻以相同精度测定量子的位置与动量是不可能的，我们只能精确测定两者之一。从量子论的观点而言，测不准原理应该被称为"不确定性原理"更恰当一些。但如果使用经典的图像来想象微观世界的话，叫做"测不准"可能还更容易理解。比如，以测量电子为例，所谓测量，一定要使用测量方法和工具，要对电子进行测量，最好的方法就是使用激光去与电子相互作用。原子中的一个电子，从经典角度看，它的运动轨道是如此之小（10-10米），它的运动速度又是如此之快（106米/秒），在这种快速运动情形下的电子，被测量它的光子顶头一撞，速度和位置都全变了，又怎么可能测得准呢？比如说，利用光被电子散射，可以测量电子的位置，但不可能将粒子的位置确定到比光的波长更小。所以，要想将位置测量准确，必须用更短的波长的光，而波长更短的光子具有更大的能量，就对电子的速度产生更大的扰动，使得速度更不能测准，反过来说也是一样。 "量子不可克隆定理"，是指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。我们在介绍量子比特时提到过，一个qubit有两个自由度，由于测不准原理的限制，我们无法准确地测量这两个自由度，因此也就无法精确地克隆出这个量子比特的状态。量子态不可克隆，这是在通讯中使用量子比特的极大优越性。这个优点保证了量子密码、量子通讯的安全性。但是，也由此而为它在通讯上的真正应用设置了难以逾越的障碍。在我们现代社会中铺天盖地的通讯网中，每秒钟都在复制、传输着天文数字个比特的信息。仅拿一台ADSL上网的计算机来说吧，如果网速是512Kbps，那就是每秒钟传输51.2万个比特。可是，量子比特怎么办呢？连复制都不行，如何传输呢？科学家总能想出一些窍门，不能克隆没关系，我们照样传输它们！这就是近年来在这个行业内热门的话题，叫做"量子隐形传输"。美国的国际商业机器公司（IBM）不愧是计算机行业的龙头老大，它不仅引领着传统的经典计算机的研发和制造，在量子计算机的研究方面，几十年来也独树一帜，不论在理论方面，还是实验方面，都进行了大量的研究工作。比如上一节中提到过的"可逆计算" 的IBM科学家R. Landauer，他在1961年对"可逆计算"的研究就与量子计算机研究有关。 "量子隐形传输"的理论设想，是由另一位IBM研究中心的研究员，查尔斯·亨利·贝内特最先提出来的。贝内特1943年生于美国纽约市，既是一位物理学家，又是信息理论学家，是现代量子信息理论的开山鼻祖之一。贝内特1970年从哈佛大学得到博士学位后，于1972年加入IBM的研究队伍。在IBM，他做了大量有关量子信息学方面的工作。他曾经提出对麦克斯韦妖的重新解释，他与同行们合作开发了BB84量子密码协议，并建立了世界上第一个量子密码的工作演示。 1993年，Bennett等六人团队，在"物理评论快讯"上发表文章，提出"量子态隐形传输"的设想。设想将一个未知量子态的完整信息，合作通过两个独立的通道（经典和量子）发送出去，在新的远离的位置重新组合后，产生一个在发送过程中被破坏了的原始量子态的精确副本。贝内特等人的想法可由下图说明：

[转] 走近量子纠缠（17）——量子计算机 17.量子计算机波士顿哈佛大学附近的CLAY数学研究所，千禧年时曾经发布一则消息：将提供百万美元的奖金为七个当时未解决的数学问题征求答案。目前为止（2012年），12年过去了，只有其中一个“庞加莱猜想”的问题被俄国数学家佩雷尔曼Grigori Perelman于2006年解决。但佩雷尔曼天生淡泊名利，拒绝领奖，也拒绝了同年颁发给他的数学界的诺贝尔奖“菲尔兹”奖，据说此事还在数学界与某数学家演绎出一段幕后故事，不过这是题外话，在此不表。这七大千禧奖中有一个，是在计算机算法领域颇为著名的 P / NP 问题。众所周知，计算机的发明为许多必须进行大量数字计算的问题提供了一条捷径。计算机的计算能力是一般的人工计算无法比拟的。一个超级计算机可以以每秒钟进行亿万次运算的速度连续不停地进行运算。一般来说，需要进行数字计算的问题的运算量的大小与表征这个问题大小的变量数目N有关。变量数N越大，解决问题所需的计算时间T也越长。当然，计算时间T也取决于所使用的计算方法。计算机算法就是研究各种计算方法的学问。所需计算量T与变量数N之间的函数关系因为问题的不同而不同。在有些问题中，T与N成线性关系；而在另一些问题中，则成平方关系；也有可能是随着N的增加而指数增长。研究算法的科学家们，将需要进行大量计算的问题，按照T随N而增大的函数形式，分为几种不同的类型。第一种叫P型，或称多项式型。计算P型问题所需的时间T与N成多项式级数关系。多项式型问题是计算机可以解决的问题。只要计算机的速度足够快，内存足够大，使用了正确的算法，答案总会即日可待。而另一种NP型的问题，还没有找到任何成功的算法，使得问题的答案能在与N成多项式级数关系增长的时间内解出。但这并不能说明这种算法不存在。所以，这是属于不能确定T与N是否是多项式级数关系的一类问题。此外，还有一类最困难的问题，属于NP-Hard。在NP型中，有一个数学家们最感兴趣的子集，叫做NP完整型。这个子集中的任何两个问题互相转换所需的时间与N成多项式级数关系。因此，如果找到了一种多项式的算法，解决某个NP完整问题，也就有了多项式的算法，解决所有的NP完整问题，这也就是叫做证明了“NP=P”。反之，如果你能够证明，这种对NP完整型的多项式算法并不存在的话，你就证明了“NP!=P”。CLAY数学研究所的百万大奖，就将颁发给证明了“NP=P”，或者“NP!=P”的人。看看下面的图，可能更容易理解P / NP 问题：

[转] 走近量子纠缠（16）——GHZ定理-继续再继续前一节的实验，石头爆炸后，3个孙悟空朝不同方向飞出。在互相距离很远很远之处分别被3位神仙抓住。这个“很远”的意思就是说它们之间是没有可能互通消息的，每个孙悟空被抓住前的一刹那，只知道抓自己的那个神仙用的是左眼还是右眼，并不知道别的神仙使用哪只眼睛，但是，根据量子力学计算的结果，这3个孙悟空却似乎能够在最后一刻仍然协调地行动，使得神仙发光的结果总是符合两条规则。前面一节又说了，玉皇大帝了解了‘量子孙悟空’遵循的两条规则之后，便作如下设想：所谓的‘量子孙悟空’恐怕也没有什么神秘之处。它们之所以能在相距很远很远的地方还能够互相紧密关联，并非它们有什么‘超距心灵感应’，而是因为3个孙悟空在分离的那一霎那，都得到了一张约定表。表中给出了孙悟空被神仙抓住时的行动指令。如果仔细考察研究一番上一讲最后给出的那个指令表，就会发现，那个表能够符合规则1，但是不能符合规则2。下面的例子则是反过来：能够符合规则2，但是不能符合规则1。为大家方便起见，在此，将两条规则简单重复写一遍：规则1：如果一个神仙用左眼看，另两个用右眼，那么，有1或3个头顶发光；规则2：如果三个神仙都用左眼看，那么，0或2个头顶发光。玉皇大帝想，不管怎么样，现在的任务就是要找出这样一个表，让3个孙悟空（经典的）按照表上的指令行动，使得既能符合规则1，又能符合规则2。这样，不就可以解释量子力学，也就是解释那3个所谓‘量子孙悟空’诡异行为的原因了吗？也就是说，情况有可能正是爱因斯坦所预料的：‘量子孙悟空’其实和‘经典孙悟空’是一样的，只要有了那张表！咦，玉皇大帝寻找的那张表，不就是爱因斯坦所假设存在的‘定域隐变量’吗？约定表的确就类似于定域隐变量，问题是，这样的指令表存在吗？还好，问题不难，我们可以很快地研究完所有可能的指令表。因为每个指令表中只有6个格子，每个格子或者有蓝点，或者没有蓝点。所以，可能存在的指令表的数目只等于26=64。总共不过只有64种可能的约定表而已！玉皇大帝手下的计算官员很快就考察了这64种约定表。他们首先使用规则1，发现大多数的约定表都不能符合，只有下图中的8种表才能符合规则1：

[转] 走近量子纠缠（15）——GHZ定理 15.GHZ定理上一节中写到天才的费曼的故事，这儿，忍不住还要再插进一段题外话。因为我想起了费曼鲜为人知的另一件事。那是在1986年，美国的挑战者号航天飞机，在发射后的第73秒时，由于右侧的太空梭固体助推器的O型环密封圈失效碎裂，导致机身解体而使得7名成员全部罹难。之后，费曼参加到“太空梭挑战者号事故总统调查委员会”之中。特立独行的费曼，不是完全依据上级规定的日程表工作，而是以自己的风格，直接对事故进行深入调查。查出事故的原因后，在一场电视广播的听证会上，费曼将材料浸泡在一杯冰水之中，展示了O型环如何在低温下失去韧性而丧失密封的功能，通俗地说明导致这场重大灾难的技术原因。并且，费曼尖锐地批评NASA在“安全文化”上的缺失，坚持要委员会将自己个人对太空梭可靠性的观点列入最后的报告中，他总结他的观点时说：“想要在技术上成功，实情要凌驾于公关之上，因为大自然是不可欺骗的。” 费曼以一个科学家的良心，再次博得了公众的赞赏。费曼年轻时可谓美少年一枚，现在能找到的照片却不多当然，像费曼那样多才多艺，而又能高瞻远瞩的全才，毕竟只是凤毛麟角。有多少人能像费曼一样，一会儿遨游在深奥的物理世界，一会儿又活跃于计算机领域，一会儿蹦上舞台打鼓，一会儿又跳进了裸体画中…… 对大多数人来说，饭得一口一口地吃，路要一步一步地走。物理学家们也是如此。科学的伟大成就既来自于巨匠们的雄才伟略，也少不了一代接一代无数多学者们的辛勤奉献。光阴荏苒，岁月悠悠。上世纪80、90年代，仍然是在美国波士顿，MIT校园内的鲜花谢了又开了，草地黄了又绿了。费曼曾经在这儿的大会上高谈阔论，为未来的量子计算机筹划蓝图，后来又参与到调查太空梭挑战者事故之中……，再后来，费曼告别了这个世界，见物理界的老祖宗爱因斯坦、波尔等去了。我们的大自然，依然如故地保持着它那蒙娜丽莎式的神秘微笑，查尔斯河上美丽的夜景如旧。科学家们，无论在象牙塔里还是在实验室中，却一晃就是十几个春秋。这些年来，我们在第12节中提到的GHZ三位物理学家（格林伯格、霍恩和塞林格），仍然经常在波士顿的MIT会面，一直到90年代。他们坚持不懈兢兢业业地思考着EPR佯谬，贝尔定理等等量子理论中的基本问题。他们被多个粒子的纠缠问题纠缠不已。当然，在这段时期内，物理界的成果也出了不少。随着高能物理的迅速发展，粒子加速器能量不断提高，粒子物理“标准模型”逐渐完善，基本砖块似乎已经具备。在物理理论上，随着夸克理论的提出、弱电统一理论的建立和量子色动力学对相互作用的正确描述，四种作用力中除去引力之外的三种：电磁、弱相互、和强相互作用，都可以用规范理论描述，还有超弦理论和场论，颇为成功的大爆炸宇宙模型……等等。尽管引力理论和量子力学的矛盾显得越来越尖锐，但乐观的人认为：统一理论的大厦看起来已经近在咫尺，指日可待了。然而，在这一切表象之下，如何诠释量子论的问题仍然悬而未决，量子力学基本原理牵扯着的哲学问题，仍然像带状疱疹病毒一样，暗地里折磨啮咬着思想者的神经。现在，让我们继续GHZ等人的思路，再回到量子物理的基本问题上来。实际上，90年代GHZ小组的成员并不止格林伯格、霍恩和塞林格三人，波士顿大学的西蒙尼也参与其中。不过，他们后来的工作也一直只是以GHZ而得名。最能反映量子物理基本问题的当然还是爱因斯坦等人提出的EPR佯谬。前几节中我们说过，贝尔定理和贝尔不等式提供了在实验室里检验EPR佯谬的可能性。但那是用双粒子纠缠源的情形。如何用三粒子纠缠态来表述EPR佯谬呢？GHZ小组研究了这个问题，发现用三粒子纠缠系统，可以类似于贝尔定理，得出比贝尔定理更简单的结论：GHZ定理。还记得我们在第7节中，推导了一个贝尔不等式吗？这个不等式，在一定的条件下，反映了经典关联函数和量子论预言的关联函数之间的差别（见第10节图二）。从上面所引的图二中还可以看到，在0°、90°、180°、270°……这些点，关联函数值为1、-1、或0。我们将这些点称之为具有‘Perfect Correlations’（完美的相关性）的点。这些点对应的关联函数值，包括了完全‘相关’（+1）、完全‘反相关’（-1）以及完全‘不相关’（0）。从第10节图二中可以看到：对两粒子纠缠系统来说，在‘Perfect Correlations’之处，经典关联函数和量子论预言的关联函数数值是完全一样的，没有任何差别。因此，贝尔的文章中推导贝尔不等式时，感兴趣的并不是这些离散的几个“完美相关”点，而是其他那些连续的、无穷多的“不完美相关”点。这也就是为什么在导出贝尔不等式时需要考虑关联函数对所有的隐变量点积分求平均值的缘故。有趣的是，对三粒子纠缠系统来说，粒子间的纠缠关联大大加强了。强到我们不需要考虑那些乱七八糟的‘不完美’的点，而只需要考虑‘Perfect Correlations’的那些情况就已经足够。因此，导出GHZ定理不需要计算积分来求平均值。只从那几个‘完美’点的数值，就能看出经典关联函数和量子论预言的关联函数之间的天壤之别了。换言之，对两个粒子的情况，‘完美关联’点是些极其平淡无味的 “平凡点”，在这些点上，经典论和量子论完美符合，丝毫引不起人们的兴趣。而同样是在这些“平凡点”上，互相纠缠的三个粒子，却能跳出美妙的华尔兹舞！并且，我们将看到，在它们奇妙的舞步中，显露出量子现象诡异的面孔。因此，相对于贝尔定理，GHZ的工作有两个优越美妙之处。一是他们只考虑几个分离的‘完美相关’点，所以，解释GHZ定理不需要运用统计求平均值方法。不用求平均值也就不用积分。第二个优点是：用GHZ定理来说明量子力学的非定域性，不需要像贝尔那样，费心地推导出一个古怪的不等式，而只是用几个等式之间的逻辑矛盾，只运用语言，就说明了问题。格林伯格、霍恩、塞林格和西蒙尼四人，把他们1990年为GHZ定理而发表的论文，提名为：“没有不等式的贝尔定理”。现在我们就试图解释一下这个GHZ定理。下图中心，是一个发射出三粒子纠缠态的光源。这三列光束中每个光子的自旋定态分别可以是|0>和|1>。它们朝着互为120度的方向飞出去。在远离纠缠源的地点，有三个光子探测器，分别放在光束的三条路径上，用以测量光子的自旋（或称偏振）。每个探测器有两种测量设置：可以选择在0o或者是在90o的方向上来测量光子自旋。每个探测器又都有一个输出的指示灯：或亮或不亮。根据在一定设置下测到的光子自旋是|0>还是|1>而定。

[转] 走近量子纠缠（14）——qubit和费曼

[转] 走近量子纠缠（13）——从纠缠态到Qubit 13.从纠缠态到Qubit 使用我们在第8节中表述纠缠态时所用的简单数学，描述一下三粒子纠缠时的状态。现在，我们有三个粒子(A,B,C) 它们分别都有两种定态0、1（A1,A0,B1,B0,C1,C0) 因此，它们的单粒子定态可以组成8种三粒子定态： |111>、|110>、|101>、|100>、|011>、|010>、|001>、|000>。（12.1）这儿使用了狄拉克符号来表示三粒子的状态。狄拉克符号其实很简单，只不过是给原来代表状态的字母或数字两边，加上了一件由左右两个符号：∣＞，制成的外套而已。套上了这件外套，所表示的状态看起来，要比接连写一串数字或字母，意义清楚明了多了，并且还多了一层‘量子’的意思。比如说，我们用∣111＞来表示三个粒子、和都是1的那种量子状态。这儿的0和1，对电子来说，对应于不同的自旋；对光子来说，则对应于不同的偏振方向。其实，狄拉克创造的外套符号有两种。除了我们在（12.1）中用过的右矢∣＞（英文名ket）之外，还有一个左矢＜∣（英文名bra），我们以后也将会碰到。读者可能还会发现，（12.1）中所列出的8种状态，与计算机数学中使用的二进制中，3个比特所能表达的所有2进制数值非常相像。不错，这正是我们本节的后半部分要介绍的qubit。在这儿，狄拉克ket外套∣＞起到了作用，使它们看起来才有别于经典计算机科学中所说的bit！和以前介绍过的双粒子纠缠态类似，从（12.1）中列出的的8种三粒子定态，我们可以组成无数多种纠缠态。其中格林伯格等人感兴趣的，是后来被人们称作GHZ态的那一种量子态。GHZ态可以写成如下表达式： |GHZ> = |111> + |000> （12.2）按照前面几节的惯例，我们在公式（12.2）中，略去了归一化系数-1。以后也都照此办理。这个GHZ纠缠态是什么意思呢？类似于对双粒子纠缠态的解释，我们可以这样说：这个态是两个三粒子本征量子定态|111>和|000>的叠加态。再来复习复习前面几节中介绍过的所谓‘叠加’的意思：当我们描述电子干涉双缝实验时，‘叠加’意味着电子同时通过两条缝，既穿过缝1，又穿过缝2。所以，这儿|111>和|000>的‘叠加’ 就应该意味着，这个三粒子体系既是|111>，又是|000>，或言之：同时是定态|111>和定态|000>。如果使用哥本哈根派波函数塌缩的诠释说法：在测量之前，三个粒子是什么状态我们完全不能准确地说清楚。但是，只要我们一旦测量其中一个粒子，比如说，我们如果在方向测量粒子A的自旋，其结果是|1>，那么，另外两个粒子方向的自旋状态也立即分别塌缩为|1>；如果我们测量其中一个粒子（）在方向的自旋，结果是|0>，那么，另外两个粒子方向的自旋状态也立即塌缩为|0>。在上述说法中，如果被测量的不是粒子，而是或，另外两个粒子也将遵循类似的塌缩过程。使用更严格的数学，可以证明：GHZ纠缠态是三粒子量子态中纠缠度最大的态。我们在这儿谈到了纠缠度的大小，却尚未对纠缠度下定义。说实话，对纠缠度至今还没有一个公认的明确定义。一般可以用量子统计中使用的冯·诺伊曼‘熵’来定义纠缠度，但这就越扯越远，越扯越专业化了，就此打住。除了GHZ纠缠态之外，在量子信息中又有人研究一种三粒子纠缠态中的W-态： |W> = |100> + |010> + |001> （12.3）下图用一个很直观的图像描述，来表示GHZ纠缠态和W-纠缠态的区别：

[转] 走近量子纠缠（11）——阿斯派克特的实验 11.阿斯派克特的实验阿斯派克特1947年出生于法国西南部加龙河畔的阿让（Agen），那是一个以葡萄红酒美食佳肴为文化特色的美丽浪漫的小村庄。阿斯派克特从小就立志要成为一名科学家，后来果然成为著名的实验物理学家，为实验验证量子力学的基础理论作出了重要贡献。上世纪80年代初，阿斯派克特前往非洲作了三年自愿者之后，来到了巴黎，攻读他的物理博士学位。他不是冲着巴黎的灯红酒绿繁华夜市而来的。那时的法国，不仅仅是风花雪月的浪漫之都，也是人才荟萃的重要的世界物理研究中心。从首屈一指的巴黎大学，走出了众多世界一流的科学家：笛卡尔、帕斯卡、拉瓦锡、柯西、居里夫妇及女儿女婿……这一大串闪亮的名单，吸引着阿斯派克特。在非洲喀麦隆作三年社会工作的业余时间里，阿斯派克特反复阅读了有关量子力学基础理论的书籍和论文，特别感兴趣有关EPR佯谬及用贝尔不等式来检验量子力学非定域性的课题，这也是他从非洲返回祖国，进入巴黎大学攻读博士的初衷。阿斯派克特知道检验贝尔不等式的第一个实验是1972年由Clauser和Freedman在加州大学伯克利分校完成的，但实验存在一些被人诟病的漏洞，因而结果不那么具有说服力。因此，阿斯派克特设计了一个系列实验，决定首先重复并然后改进克劳瑟等人的工作。其次，阿斯派克特还有他的优越性，那就是他所在的巴黎离约翰·贝尔工作的欧洲核子中心不算太远，可以经常开车到CERN去找贝尔讨论问题。当贝尔第一次见到他，得知他只是一个刚开始做物理研究工作的Ph.D学生时，吃惊地表示：“你一定是一个非常大胆的学生！”。科学研究的确需要勇气和胆量，伟大的成就只钟情于勇敢的开拓者，不会眷顾那些跟在他人后面摇旗呐喊的庸碌之辈。对科学创新来说，勇气、眼光和创造力、想象力一样，太重要了。阿斯派克特努力勤奋地开始工作，用心制造和改进所需要的每一件设备。他计划作三个实验，第一个实验，基本构思和前面克劳瑟等人的一样，但结合了Fry 和Thompson在1976实验中采用激光器作为激励光源的方法。阿斯派克特深知纠缠光源对他的实验的重要性。读者可能还记得，在第7节中解释贝尔不等式时，我们在图中画的是电子的自旋矢量。然而，实验室里的纠缠态却大多数是用光来实现的。光，是我们日常生活中最常见的，也是物理实验室里最常用的东西。类似于电子的自旋，光可以有不同的偏振方向。光的偏振（或称‘极化’）的概念，在我们使用太阳眼镜时会有所体会。偏振式太阳眼镜就是利用光的偏振特性而制成的。用简单的一句话来说，太阳眼镜只让在某一个特定方向振动的光线通过，这样，在正对太阳开车时，就大大地减少了耀眼的光线，使司机不至于太受强光的干扰，而仍然能够看清目标。实验室中，使用偏振片来测定和转换光的偏振方向，其工作原理与太阳眼镜类似（如下图所示）。

[转] 走近量子纠缠（10）——最后的判决 10.最后的判决话说当年，因为克劳瑟的宽阔胸怀，也因为他了解到波士顿的3个人已经开始计划真正的实验，因此他自己也迫不及待地想加入其中。最后，有关改良和验证贝尔不等式的这篇论文，以四位物理学家（CHSH）共同署名，发表在1969年的“Physics Review Letter”上。论文中改良了贝尔不等式，取消了几个关键的限制条件，并且重新设计了切实可行的实验方案。我们再次把贝尔不等式写在这儿，以便大家思考：

[转] 走近量子纠缠（9）——四人纠缠CHSH 9.四人纠缠CHSH 当初贝尔发表了他的论文之后，物理界并没有很多人关注贝尔不等式的实验验证。其原因之一是因为很多物理学家已经深感量子力学的正确性。他们认为，世纪之争已经画上句号，量子现象与经典规律的确大相庭径，天上地下。爱因斯坦的上帝和波尔的上帝各司其职，不必打架。一个执掌宏观世界，一个管理那些看不见的小妖精们。大家和平共处，自得其乐，没有必要再用实验验证什么贝尔不等式，反而可能要挑起战争，扰乱天下。物理学家们不感兴趣的原因之二便是因为纠缠态的实验太困难，在实验室里要维持一对电子的纠缠态，谈何容易！ 2011年初有篇有趣的报道。据说有研究者认为，一种名为European robins的鸲子的眼睛中有一个基于量子纠缠态的指南针，这种纠缠态的量子效应使得鸲子眼睛能够感受到极其微弱的地球磁场，从而找到正确的飞行方向！也不知此消息是真是假？有无进一步的实验验证？但从物理学家们对此报道的评论可以看出实验室中的纠缠态是多么难以维持。如果上述鸲子眼睛的假设成立的话，科学家得出结论：鸲子的眼睛能够维持量子纠缠的时间，比先进的实验室设备还要长20微秒。因为在实验室中得到的量子纠缠态非常脆弱，当原子被冷却到接近绝对零度的环境下时，得到的纠缠态也只能维持千分之几秒而已，室温下的纠缠态更是不堪一击，就只有微秒的数量级了。因此，当克劳瑟对费曼说，他要用实验来检验贝尔定理时，费曼激动得把他从办公室赶了出去。但克劳瑟坚信实验的必要性，他总记得也是物理学家的父亲经常说的一句话：“别轻易相信理论家们构造的各种各样漂亮的理论，最后，他们也一定要回过头来，看看实验中你得到的那些原始数据！” 克劳瑟在纽约的哥伦比亚大学攻读Ph.D.时，对重视实验的李政道仰慕有加，也庆幸该校有吴健雄这样的著名实验物理学家及先进的实验条件。但是，他也很快就认识到，吴和萨科诺夫二十多年前用正负电子湮灭对产生纠缠光子的方法，不是很适合验证贝尔不等式，这种方法产生的光子对能量太高，纠缠相关度不够。因此，必须寻找新方法，另辟蹊径。另外，克劳瑟也不断思考贝尔不等式的推导过程。有关EPR佯谬、贝尔定理等等概念反复纠缠在他的脑海中，他已经几乎忘记了他的指导教师塞迪斯（Patrick Thaddeus）给他的有关微波背景辐射的博士课题。这其中还有几个有趣的故事。克劳瑟的博士指导教师塞迪斯，是诺贝尔得主汤斯Charlie Townes的学生，汤斯因发明激光而获得诺贝尔奖。克劳瑟刚到哥伦比亚大学时，非常感兴趣和激光有关的天体物理，所以决定跟塞迪斯作微波背景辐射的研究。克劳瑟认为这个工作很有趣，因为据说观测结果可以用来证明宇宙大爆炸的理论。当初的哥大物理系对PHD学生成绩要求很严格，必修课的成绩一定要在B以上，否则便得重修。其中，“高级量子力学”是4门必修课之一，克劳瑟感觉这门功课很难，第一次只得了一个C，第二次再修，又得了一个C，最后，这门课修了3个学期，才满足了系里的要求。克劳瑟在后来的访谈中诙谐而调侃地说：“我在哥大修了3次量子力学，不过不丢脸，我有一个同伴，听说诺贝尔奖得主汤斯，当年对这门课程也至少修过两次哦！”有可能正是因为修了这么多次量子力学，克劳瑟才对量子论的基础发生了浓厚的兴趣。他移情别恋，弃旧纳新，从此置微波背景辐射研究不顾，另有所爱，迷上了用实验来检验量子力学的基本理论，那就是EPR佯谬和贝尔不等式。克劳瑟一直认为指导教授塞迪斯是对他最有影响的人物之一。但是，塞迪斯当初却对克劳瑟很不满意。塞迪斯不喜欢克劳瑟所做的有关贝尔不等式的工作，认为那是“浪费时间的一堆垃圾”！看看他给克劳瑟写的找工作的推荐信中的一段话吧，这封信还是写在克劳瑟完成了第一次验证贝尔不等式的实验之后。塞迪斯在信中说：“不要聘用这个家伙！因为只要一逮到机会，他就要去做量子力学实验中的那些垃圾工作。” 尽管塞迪斯后来为此表示过歉意，但他的评价却毁了克劳瑟的职业生涯，使他一直找不到合适的教授位置。我们再回到克劳瑟对贝尔不等式的思考上来。刚才说过，克劳瑟离开了塞迪斯教授为他计划的弯曲时空研究，一头栽进了量子陷阱。经过一段时间的深思熟虑，联系到进行实验的可能性和准确性，克劳瑟认为，实验需要重新设计，最好是用可见光。另外，贝尔不等式也需要改进，于是，他就此写了一篇论文提要，寄给了1969年的美国物理学会在华盛顿举办的年会。虽然很多物理学家不看重克劳瑟的工作，但这时，在波士顿，却有人和他不谋而合，想到一起去了。这就是CHSH四人组合中年龄最大的西摩尼，以及他的学生霍恩。西摩尼年轻时一直学习和研究哲学，1953年，25岁时，就在耶鲁大学哲学系得到了他的博士学位。毕业后很快获得了麻省理工哲学系的终身教授职位。在别人眼中看起来，他已经算是少年有成、春风得意了。可是，西摩尼却始终挥之不去心中的“理论物理情结”，在工作数年之后，他又到普林斯顿大学攻读物理系的博士。并且在毕业之后，放弃了麻省理工这个第一流大学的终身教职，而重新接受了波士顿大学的助理教授位置。因为这个位置是哲学系和物理系共同设置的，在这个位置上，他可以研究他所感兴趣的理论物理中的哲学问题。西摩尼在MIT任教的同时，又在普林斯顿攻读物理博士，师从诺贝尔奖得主尤金·维格纳（Eugene Paul Wigner）。那几年，他忙碌往返，奔波于相距300英里的波士顿和普林斯顿之间。西摩尼对量子力学基础理论的兴趣，起始于他1963年在辛辛那提参加的第一次物理界学术会议。这次会议正好是由鲍里斯·波多尔斯基（EPR中的P）主持的。那时候，爱因斯坦和波尔都已经相继去晋见他们的上帝去了，波多尔斯基是辛辛那提泽维尔大学的教授。这是一个真正令西摩尼兴奋的会议，参加的人中不乏鼎鼎有名的物理界泰斗：魏格纳、狄拉克、波姆、阿哈罗诺夫（AB效应中的A，波姆是B）等。分组讨论时，魏格纳提议让西摩尼讲话，西摩尼便给了一个“观察者在量子理论中的作用”的发言。据西摩尼自己回忆说，当时，狄拉克起来提问，把他吓了个半死。不过，狄拉克问的是个简单的哲学问题：“唯我主义是什么？”。哲学是西摩尼的老本行，当然轻松过关。自此后，西摩尼的兴趣和研究方向转到了量子力学的基本理论问题。并且，返回波士顿之后，他得意洋洋地将他会上的发言稿整理成文，寄给物理界的同行们。这寄论文的邮费没有白花，一次，西摩尼在邮箱中发现了贝尔的文章，他不知道是谁放到他的邮箱里的。这是西摩尼第一次知道贝尔不等式和贝尔定理，看了好几遍文章之后，西摩尼逐渐弄明白了掩藏在贝尔不等式后面的巨大意义，那是解决量子论中深奥哲学问题的一个具体措施，具体到可以在实验室中实现！于是，西摩尼非常兴奋，和纽约的克劳瑟一样，殊途同归，立刻都掉到量子实验的深渊中去了。霍恩是西摩尼在波士顿大学的第一个研究生，对西摩尼交给他的贝尔论文很感兴趣，便和西摩尼一起探索进行此类实验的可能性。西摩尼毕竟是哲学家出身的物理学家，谈理论还行，对物理实验一知半解。因此，教授和学生师徒二人到物理系实验室里逢人便问，请教各种实验方法，以至于许多人都被他们俩喋喋不休的问题问怕了。后来，有人介绍他们去找哈佛大学一个实验物理学家谈谈。无论如何，最后，他们幸运地在哈佛大学找到了一个正计划做双光子相干实验的研究生霍尔特（Holt），三个人开始了他们的物理研究‘纠缠’。他们三人与哥伦比亚大学克劳瑟走的路基本相同，也开始写论文，但他们晚了一步，没有及时地将文章摘要寄到1969年的华盛顿年会上。当知道被人抢了先时，西摩尼难免有些沮丧。他听了维格纳的建议，直接给纽约的克劳瑟通了电话。没想到克劳瑟听见有人也想做同样的实验，感到非常吃惊和高兴。他在文章的著作权一事上表现得很大度，这样，才因此而有了后来的CHSH论文。四员大将到底如何纠缠？如何改进了贝尔不等式？实验的结果如何？且听下回分解。

[转] 走近量子纠缠（8）——纠缠态及实验 8.纠缠态及实验在谈到实验之前，还得顺便提一句，我们在此系列文章中，所谈到的量子纠缠，以及推导贝尔不等式的过程，用的都是EPR佯谬简化了的波姆版。也就是说，我们使用了两个不同的自旋（‘上↑’和‘下↓’）来表述量子态，这使得问题叙述起来简化很多，因为在这种只有2个离散变量的情况下，单个粒子的量子态，只对应于2维的希尔伯特空间，（注：希尔伯特空间可理解为维数可以扩展到包括无穷大的欧几里德空间。）两个粒子的纠缠态，只对应于4维的希尔伯特空间。在爱因斯坦等人的原始文章中，他们是用两个粒子的位置及动量来描述粒子之间的‘纠缠’。如果使用EPR原文的那种方法，描述和推导都非常地复杂，因为位置或动量对应的是连续变量，即无穷维希尔伯特空间的情况。不过，在实际的物理理论和实验中，两种说法都会用到，分别被称为：‘离散变量’和‘连续变量’的纠缠态。我们在此简要地说明了一下它们的区别，以使读者今后在文献中碰到这两个词汇时，能感觉更少一些的云遮雾障。在这篇文章中，为简单起见，大多数时候都用电子自旋来描述量子态。回头看看前面的几节，我们已经用文字介绍了‘叠加态’和‘纠缠态’，恐怕现在应该是用点简单的数学符号来重新整理这些概念的时候了。上面我们说到：“一个粒子的自旋量子态，对应于2维的希尔伯特空间”。这个希尔伯特2维空间与我们生活中的2维空间不一样，它是表示量子态的空间。一个量子态对应于希尔伯特空间的一个矢量。著名的英国物理学家狄拉克为量子态空间定义了一套十分优雅的符号系统，比如说，狄拉克用下面两个符号来表示粒子自旋的两个基本状态：|+>和|->。不过，笔者在准备这节文章时，发现非物理专业的人士对这种符号（|>、<|）很反感，说是看见就晕，不想看下去。所以，为了照顾大多数人的情绪，只好损失几个象牙塔里人物的品味，暂时舍弃狄拉克算符，用更通俗的数学语言，来叙述量子态。现在，我们用两个不同的符号：和，来表示两个不同的量子态。比如说，用它们分别表示刚才所提到的‘上’、‘下’这两种不同的基本自旋态。这儿的和是两个 ‘纯本征态’。这个‘纯’字，是相对于‘叠加’而言的。就是说，一个粒子的‘叠加态’，可以写成两个‘本征态’的线性混合叠加：叠加态 =

[转] 走近量子纠缠（7）——贝尔不等式 7.贝尔不等式 1963-1964年，在长期供职于欧洲核子中心（CERN）后，约翰·贝尔有机会到美国斯坦福大学访问一年。北加州田园式的风光，四季宜人的气候，附近农庄的葡萄美酒，离得不远的黄金海滩，加之斯坦福大学既宁静深沉，又宽松开放的学术气氛。这美好的一切，孕育了贝尔的灵感，启发了他对EPR佯谬及隐变量理论的深刻思考。贝尔开始认真考察量子力学能否用局域的隐变量理论来解释。贝尔认为，量子论表面上获得了成功，但其理论基础仍然可能是片面的，如同瞎子摸象，管中窥豹，没有看到更全面、更深层的东西。在量子论的地下深处，可能有一个隐身人在作怪：那就是隐变量。根据爱因斯坦的想法，在EPR论文中提到的，从一个大粒子分裂成的两个粒子的自旋状态，虽然看起来是随机的，但却可能是在两粒子分离的那一刻（或是之前）就决定好了的。打个比喻说，如同两个同卵双胞胎，他们的基因情况早就决定了，无论后来他（她）们相距多远，总在某些特定的情形下，会作出一些惊人相似的选择，使人误认为他们有第六感，能超距离地心灵相通。但是实际上，是有一串遗传指令隐藏在它们的基因中，暗地里指挥着他们的行动，一旦我们找出了这些指令，双胞胎的‘心灵感应’就不再神秘，不再需要用所谓‘非局域’的超距作用来解释了。尽管粒子自旋是个很深奥的量子力学概念，并无经典对应物，但粗略地说，我们可以用三维空间的一段矢量来表示粒子的自旋。比如，对EPR中的纠缠粒子对A和B来说，它们的自旋矢量总是处于相反的方向，如下图中所示的红色矢量和蓝色矢量。这两个红蓝自旋矢量，在三维空间中可以随机地取各种方向，假设这种随机性是来自于某个未知的隐变量L。为简单起见，我们假设L只有八个离散的数值，，如下图所示，分别对应于三维空间直角坐标系的八个卦限。

[转] 走近量子纠缠（3）——上帝掷骰子吗？ 3.上帝掷骰子吗？量子理论虽然是许多年轻人创建的集体物理学，但领袖人物还是屈指可数的。 1900年，普朗克的论文打开了潘多拉的盒子，释放出‘量子’这个妖精。那年，刚从瑞士的苏黎世工业大学毕业的爱因斯坦，21岁，正在四处奔波，焦头烂额地找工作，15岁的玻尔还只是哥本哈根一个顽皮的中学生。谁也料不到，这两个年轻人在十几年后成为了物理界的两大巨擎，而且，在量子理论的基本思想方面，两人巅峰对决，展开了一场一直延续到他们去世的旷世之争。波尔与爱因斯坦的量子之争可以概括为一个著名的问题：上帝掷骰子吗？要解释清楚这个量子论中的哲学问题，我们首先介绍一下著名的杨氏双缝干涉实验。杨氏双缝实验比量子论的历史还要早上100年。当初的法国物理学家托马斯·扬用这个简单实验挑战牛顿的微粒说，证明了光的波动性。原始的实验装置异常简单，这实验的影响却波及了几百年。托马斯·扬用经过一个小孔的光作为点光源，点光源发出的光穿过纸上的两道平行狭缝后，投射到屏幕上。然后，观测者可以看到，屏幕上形成了一系列明暗交替的干涉条纹。干涉是波特有的现象，因此，实验中出现的干涉条纹是光的波动性强有力的证明（见图1(a)）。 2002年，《物理世界》杂志评出十大经典物理实验，‘杨氏双缝实验用于电子’名列第一名。费曼认为，杨氏双缝电子干涉实验是量子力学的心脏，“包括了量子力学最深刻的奥秘”。读者应该还记得我们在本文的第一节提到过的量子力学中神秘的‘叠加态’。电子双缝实验证实了电子叠加态的存在。那么，这个实验是如何相关于量子力学？又如何揭示了量子力学中最深刻的奥秘？实验中哪儿出现了神秘的叠加态？这个实验与‘上帝掷不掷骰子’又有什么关系？这些都是需要澄清的问题，且听我们慢慢道来。首先，为什么说双缝实验中的干涉条纹是波的特征呢？让我们简单说明一下条纹的形成。再看图1(a)，点光源发出的光，作为一种波，抵达狭缝。根据惠更斯原理，波面上的每一点都是一个子波源。因此，经过两条狭缝之后的波，可看作是位于两条狭缝处的子波源所发出的两列波的叠加。‘波的叠加’意味着‘振幅的叠加’：如果两列波到达同一位置时，振动方向相同，叠加后振幅增大；反之，如果振动方向相反，互相抵消，使得叠加后振幅减小。因为叠加后的振动在不同位置的增大或抵消，便形成了屏幕上明暗相间的干涉条纹。（图1(a)右边的图案）

[转] 走近量子纠缠（2）——男孩物理学 2. ‘男孩物理学’ 要正确地理解量子力学，追溯其发展历史是非常必要的。量子力学不同于相对论和牛顿力学，它更少有被罩上个别伟人的光环。它可说成是有史以来最出色和最富激情的一代物理学家集体努力的成果。综观量子力学发展史，真可谓是群星璀璨、光彩纷呈。因此，让我们先回头看看历史。说到当时的‘那一代’物理学家，最令人瞩目的是他们的年龄。在这点上，量子论的发展可与近年来互联网公司的发展相提并论：都是一伙年轻人的天下！看看当年那一批争奇斗艳，光彩夺目的科学明星吧，当他们对量子力学作出重要贡献时，大多数是20-30岁的年龄。这也就是为什么在当时，量子力学被人们称为“男孩物理学”的原因。

2014年5月天象预报 5月1日金星位于42.8°西 ★5月2日00时13分毕宿五合【伴】月，毕宿五在月亮之南2.0°1日傍晚西方可观，毕宿五视亮度0.85，月球5.4%被照亮，为超细月牙形 5月3日00时12分月球过赤纬北点+18°57´34〃 5月3日05时00分水星过近日点★ ★5月4日22时08分木星合【伴】月，木星在月亮之北5°29´傍晚西方可观，木星视亮度-1.9，月球25.9%被照亮.★★5月5日14时26分宝瓶座η流星雨：每小时天顶流星数＝60辐射点约在凌晨1:30左右东升，月相为上弦，观测条件佳。 5月5日17时01分北河三合月，北河三在月球北12.13° 5月5日21时59分立夏，太阳在黄经45° 5月6日12时00分191P/McNaught彗星过近日点 5月6日15时00分209P/LINEAR彗星过近日点 5月6日18时22分月球过远地点，404318km ★5月7日11时15分上弦月夜晚西方夜空可观半个月球 5月8日14时18分智神星合月，智神星在月球北5.25° ★5月8日18时05分轩辕十四合【伴】月，轩辕十四在月亮之南5.2°傍晚西南夜空可观，轩辕十四视亮度1.35，月球63.3%被照亮 5月8日天琴座η流星雨极大期（ZHR~3） ★★★5月11日02时27分土星冲日整夜可见，入夜东方，天亮西。视亮度0.1，视直径18.7角秒。 5月11日03时34分土星最近地球，8.8997AU ★★5月11日21时31分火星合【伴】月，火星在月亮之北2°58´傍晚南偏东高夜空可观，火星视亮度-1.0，月球88.4%被照亮 5月12日19时09分灶神星合月，灶神星在月球北13.01° ★5月12日21时07分角宿一合【伴】月，角宿一在月亮之北1.7°傍晚南偏东高夜空可观，角宿一视亮度0.95，月球94.2%被照亮 5月12日23时51分谷神星合月，谷神星在月球北13.46° 5月13日06时06分月亮过升交点 5月13日12时00分水星过轨道最北点 ★5月13日23时59分水星合【伴】毕宿五，水星在毕宿五之北7.6°傍晚西方低夜空可观，离太阳较近，较难观测，水星最近毕宿五【二维夜空】，水星视亮度-0.7，毕宿五视亮度0.85 ★5月14日20时18分月掩【伴】土星，土星在月亮之北0°34´我国不可见掩，傍晚东偏南较低夜空可观其伴月，土星视亮度0.1，月球99.9%被照亮。 ★5月15日03时16分满月整夜可见，入夜东方，天亮西。 5月15日18时00分P/2002AR2（LINEAR）彗星过近日点 5月15日21时00分金星合天王星，金星在天王星北1.27° ★5月16日04时36分心宿二合【伴】月，心宿二在月亮之南8.1°15- 16日入夜2小时后东偏南可观，心宿二视亮度1.05，月球99.1%被照亮 5月16日20时00分金星过远日点 5月17日04时09分月球过赤纬南点-18°59´25〃 5月18日14时40分冥王星合月，冥王星在月球南2.4° 5月18日19时56分月球过近地点，367102km 5月21日10时59分小满，太阳在黄经60° ☆5月21日17时18分火星【停】留，由逆行变为顺行难易察觉，傍晚南天夜空可观火星，视亮度-0.7 ★5月21日20时59分下弦月深夜东南夜空可观半个月亮 5月21日23时00分132P/Helin-Roman-Alu2彗星过近日点 ☆5月22日12时15分海王星合【伴】月，海王星在月亮之南5.0°海王星很暗淡，视亮度7.9 ★5月25日04时09分天王星合【伴】月，天王星在月亮之南1.9°清晨东方可观，还可观赏到金星，天王星视亮度5.9【暗淡】，月球15.7%被照亮，为月牙形★ ★5月25日15时09分水星东大距，距离太阳的角度为22.7°傍晚西偏北低夜空可观，视亮度0.4★ ★5月25日23时42分金星合【伴】月，金星在月亮之南2°15´25- 26日清晨东方较低夜空可观，金星视亮度-4.0，月球8.7%被照亮，为超细的月牙形 5月26日01时56分月亮过降交点 5月27日16时27分婚神星合月，婚神星在月球南5°☆ 5月29日02时40分新月 ☆5月29日08时12分毕宿五合【伴】月，毕宿五在月亮之南2.0°不可见 5月29日22时00分4P/Faye彗星过近日点 5月30日08时50分月球过赤纬北点+19°01´18〃 ★5月30日23时54分水星合【伴】月，水星在月亮之北5.9°傍晚西偏北低夜空可观，水星视亮度0.9，月球3.1%被照亮，为超细的月牙形

坐等爆发超新星在这张美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜拍摄的图像中，与我们对视的是一只紫色魔眼。这个正式编号为[SBW2007] 1的天体，有时简称为SBW1，是一个星云，其中央有一颗蓝巨星，初始质量超过了20个太阳，现在则被紫红色的气体环包围着。这（2个对称的）气环是恒星在早年通过强劲恒星风和热脉动抛出的外层气壳。

哈勃望远镜拍到130亿年前弱暗星系团在美国天文学会（AAS）举办的新闻发布会上，科学家公布了由哈勃空间望远镜拍摄的宇宙新视角，其中包括了年轻以及非常遥远的星系，其中有四个大约存在于130亿年前的明亮星系被发现，这也是在星系团观测史上最遥远的深空天体。科学家利用美国宇航局的哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜的数据发现了这些星系中存在明显的恒星形成活动，它们所发出的光芒也暗示当时的星系拥有极快的恒星形成速度，比如早期宇宙的恒星形成速度是我们现在银河系的50倍以上。这些羽翼未丰的早期星系跨度上相对较小，大约只有银河系的二十分之一，但是星系在拥有的恒星数量却极为庞大，可以达到10亿颗左右，虽然哈勃空间望远镜以前也观测到如此遥远的深空天体，但科学家惊讶地发现在这个距离上还可以看到更多的发光天体，至少是此前发现数量的10至20倍。加州大学圣克鲁兹分校科学家Santa Cruz认为这些星系比我们想象的要更加明亮，但是其中有一些奇怪的事情，比如为什么这些早期星系可发出如何明亮的光线，其来源于何处，而且星系的形成速度很快，它们快速演化的机制是什么，因此这个发现挺意外的。美国宇航局将发射新的詹姆斯·韦伯太空望远镜，目前该望远镜还在开发之中，计划对大爆炸后几亿年的宇宙进行调查。本次公布的哈勃图像中包含着数百个星系，一些前景星系中还保持着大约35亿年前的样子，Abell 2744星系团就是一个位于玉夫座方向上的巨大天体集群，其强大的引力产生了透镜效应，将背景星系的图像进一步放大，其中大多数的背景星系可追溯到至少120亿年前，处于宇宙大爆炸后不久的时期内。哈勃使用引力透镜发现遥远的星系并不是第一次，引力透镜不仅可以把背景星系放大，同时还可以增亮背景天体的亮等，而且还会出现拉伸、扭曲等附加现象，由于引力透镜的存在，背景星系可以放大到大约10至20倍，那些遥远较为昏暗的天体可以被放大、增亮，如果没有引力透镜，那么许多早期星系就很难被发现和观测。除了哈勃空间望远镜外，NASA还动用了钱德拉X射线望远镜研究星系、黑洞等演化，两者结合可以在不同波段上对深空天体（集群）进行观测。哈勃望远镜还发现了58个年轻、但体积较小的星系，科学家一直怀疑这些星系与宇宙早期恒星大规模诞生、演化有关。哈勃望远镜上的WFC3广域相机是拍摄深空天体的主力，可以揭示100亿年前的星系模样，当时的宇宙最多才30多亿岁。

科学家发现距离1200光年的行星据美国太空网报道，Kepler-62f是一颗距离地球约1200光年的系外类地行星，这颗系外行星仅比地球大约1.4倍，它围绕一颗比太阳稍暗一些也稍小一些的恒星运行。科学家们相信这颗行星运行的区域位于宜居带范围之内。这颗系外行星是在2013年被宣布发现的，当时一同被宣布的还有其它6颗围绕恒星Kepler-62 和 Kepler-69运行的系外行星。当时另外一颗引发关注的系外行星是Kepler-62e，这颗行星的大小同样与地球接近(半径约为地球的1.6倍)，并且同样可能位于宜居带范围之内。模型显示，这两颗行星：Kepler-62e和 Kepler-62f 的表面可能会拥有液态水，而这一点可能就意味着那里或许会产生生命——尽管那里的生命形式可能与我们所知的很不相同。构建这一模型的论文第一作者是丽萨·卡尔腾格(Lisa Kaltenegger)，她在德国马克斯普朗克天文研究所以及美国史密松天体物理中心担任职务。在2013年的一次报告中她表示：“那里可能会存在生命，但那里的生命像我们人类一样掌握着技术能力吗？那里的生命可能生活在水下，因而难以获得冶炼金属，获取电能或者利用火的能力。不过这几颗行星仍然是美丽的蓝色星球，围绕着橘色的恒星运行。或许生命获取技术能力的方式会出乎我们的意料，让我们大吃一惊。” 太空望远镜的发现 Kepler-62f是由美国宇航局的开普勒空间望远镜发现的，这是一台专门用于对系外行星开展观测的空间望远镜。由于定向装置故障，目前这台设备已经停止相关的观测工作。由于其由两台定向反应轮发生故障，望远镜无法实现对观测区的精确指向，美国宇航局目前正在尝试为其规划未来适合的新任务，以便让这台设备继续发挥剩余功效。 Kepler-62f围绕运转的恒星是一颗红矮星，其公转一周的时间需要267天，到恒星的距离大约和金星与太阳之间的距离相当。尽管这样一来，相比地球而言这颗行星距离恒星的距离近了很多，但由于这颗恒星的温度也要比太阳低得多，因此这就意味着这颗恒星周围适宜液态水存在的距离范围也就要比太阳系的情况近得多。然而Kepler-62f是整个Kepler-62行星系统中距离恒星最远的一颗，因此它可能将需要有很多的云层遮蔽保温，才能保证其地表的液态水不至于凝结。如果事实果真如此，那么那里将可能存在着大量的水。科学家们指出，地球本身的生命很有可能正是从早期的原始水环境中产生并逐渐进化的。美国宇航局埃姆斯研究中心的比尔·布鲁斯基(Bill Borucki)是发现这两颗系外行星的研究组组长，他说：“看看我们地球上的海洋，那里充满着生命。我们想，事实上生命便是从那里发端的。” 然而要想达成更加高级的文明形式，这将需要陆地。技术文明——至少是我们所理解的技术文明，在水下将难以出现，除非那里的水下生命体能够最终到陆地上生活。在一次采访中，布鲁斯基表示：如果一个人发现自己在Kepler-62f上，那么他/她将发现自己完全可以毫不费力地到处走，因为这里的重力很小。然而呼吸会是一个大问题。Kepler-62f的大气将难以被用于人类呼吸，因此你将可能需要携带特殊的装备。卡尔腾格表示：“如果你想写科幻小说，并且其中有这样的情节，那就是你在这两颗星球上着陆，那么请一定确保你不会把面具摘下来。”

美宇航局月球探测器拍摄到嫦娥三号和玉兔嫦娥三号探测器在成功登陆虹湾地区后，美国宇航局动用了四艘先进的月球探测器围观嫦娥三号，美国宇航局认为嫦娥三号在登陆月球过程中，可对月球近月面环境产生一定的扰动，其中包括磁场、尘埃、分布在近月面的稀有气体等，因此此时对嫦娥三号周围的空间环境进行调查显得非常有必要。现在美国宇航局的月球勘测轨道飞行器团队发布了嫦娥三号探测器和月球车在虹湾地区着陆的第一张轨道照片，图中的亮点清楚地显示出嫦娥三号探测器着陆月球表面产生的反光。嫦娥三号探测器在12月14日成功登陆虹湾地区，并释放了玉兔月球车，巡视器的任务是对虹湾进行调查，有可能寻找到水资源的痕迹，事实上虹湾地区较为平坦，而寻找水资源可能要登陆月球南极，但是月球南极的地形较为复杂。在嫦娥三号登陆期间，美国宇航局月球大气与尘埃环境探测器、月球勘测轨道器以及ARTEMIS探测器对嫦娥三号登陆过程进行跟踪，其中月球大气与尘埃环境探测器负责调查嫦娥三号登陆过程中对近月面周围尘埃环境的影响，其携带的高灵敏度仪器可探测到微小的变化。月球勘测轨道探测器的任务是通过高分辨率的成像设备对月球表面进行拍摄，因此本次嫦娥三号登陆过程中，月球勘测轨道探测器就拍摄到嫦娥三号的登陆点，甚至是跟踪嫦娥三号反冲发动机的制动尾迹，同时该平台获得了大量关于月球表面的图像数据。ARTEMIS探测器主要调查嫦娥三号着陆对月球磁场的扰动，以及太阳风对月球近月面的干扰情况。美国宇航局动用的四艘先进探测器在嫦娥三号登陆任务中扮演了不同角色，本次拍摄到的嫦娥三号登陆器图像来自月球勘测轨道探测器搭载的LROC窄角相机在12月24日和12月25日拍摄，轨道高度在240公里左右，图像分辨率大约在1.5米左右，事实上玉兔月面巡视器的宽度大约在1.5米，由于玉兔携带了太阳能电池板，会增加产生一定程度的反光。

彗星明年10月近距离飞越火星：威胁飞行器 2014年10月，彗星C/2013 A1将会从火星的轨道穿过。世界各地的天文学家都很担心这颗彗星会从距离这颗红色行星很近的地方飞过。这有可能会引发一场非常壮观的流星雨，它将会对位于火星轨道里的飞行器的运行构成巨大威胁。 C/2013 A1是被澳大利亚新南威尔士赛丁泉天文台的专家发现的。最初科学家推测它将直接与火星相撞在一起，但是更加精确的计算显示，它可能会从距离这颗红色行星8.9万公里到17.3万公里的地方掠过。据美国宇航局马歇尔太空中心的比尔-库克介绍，从没有一颗彗星与地球距离如此之近。在整个天文观测史上，以最近距离与地球擦肩而过的彗星是在1770年观测到的，但即使是它，也相距地球有大约350万公里。如果天文学家对C/2013 A1的预测没有错的话，这颗彗星周围的尘埃气体云团将会向外延伸是彗核直径的几十万倍的距离，它将会把火星以及它的周围环境团团包围，其中包括火星的天然卫星和人造卫星。根据库克及其同事进行的计算，在这颗彗星最近距离飞越火星的两个小时里，大气中的宇宙尘埃密度将会增加1000到10000倍，这远远超越了低地球轨道里的指示器的最大上限。与此同时，印度的火星轨道探测器任务和美国的火星大气与挥发物演化探测器(MAVEN)任务将会赶在这颗彗星与火星相遇之前，抵达目的地，在这种极端环境下，它们的命运无法预知。两项任务均在今年11月发射。重达半吨的火星轨道探测器是在印度的航天发射基地斯里哈里科塔岛升空的。它的主要目的是为开发稍后将要进行的行星间任务所需的技术做准备，其中包括寻找活有机体。该装置拥有一个甲烷气体检测传感器、彩色相机、压力分析仪和一个分光计。该探测器有望在明年9月进入火星的椭圆形轨道(轨道到这颗红色行星表面的距离从500公里到8万公里不等)。 MAVEN(火星大气与挥发物演化探测器)是美国宇航局的一个智慧结晶，它是Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN的首字母缩写。该探测器是按照火星搜索计划的要求研制的，今年它搭乘“阿特拉斯5”火箭，从佛罗里达州的卡纳维拉尔角离开地球。据估计，它的飞行时间将是10个月。该装置重2.4吨，它由太阳能电池板提供电能。一旦进入火星的椭圆形轨道，这颗探测器将会借助它的8个科研仪器分析这颗红色行星的上层大气及其附近空间的化学成分和自然环境。这些结果将有助于天文学家更好地了解火星气候的演变史，尤其是能更好地了解这颗行星在几十亿年前是如何失去水以及它的大气的。然而，谁也无法保证一切都会进展顺利，尤其是在火星有可能会被这颗声名狼藉的彗星造访的情况下。火星大气与挥发物演化探测器计划的一位工作人员、美国科罗拉多大学的布鲁斯-亚科夫斯基说：“任何像一颗彗星那样迅速移动的大粒子，都会对这艘飞船构成威胁。”尽管事实上这颗探测器相当可靠，但是该计划的创始人此刻正在努力评估这个系统的风险等级，并发展必要的保护措施。据专家说，在C/2013 A1逼近时，这些机器最有优势的位置是呆在火星表面。另一方面，当彗星在夜空燃烧时，研究人员将能拍摄“太空光影展”的照片。根据这些计算，这次“流星雨”的强度将达每小时几百万次，场面将会非常壮观。比尔-库克说：“如果我有机会，我将不会介意在那个时间段前往火星。”德州农工大学的马克-雷蒙希望，此刻正在火星上忙活的“机遇”号和“好奇”号到时候不仅能拍摄到令人惊叹的照片，而且能够测量出磁暴产生的无线电波，这将有助于更好地研究火星电离层。

中国月球车出现在月面照片中中国的月球登陆器于本周日传回了第一幅清晰的影像，显示六轮的玉兔号月球车在驶下登陆器后一天开始了为期3个月的月球漫游，它将穿越月球荒凉的土壤。

土星系统的节日盛装在今年的节日季期间，让自己享受NASA卡西尼号探测器精心准备的图片盛宴吧，内容是土星及最迷人的两颗土卫——土卫六与土卫二。在卡西尼成像小组特别提供的图片包中，这3个天体都披上了盛装，光彩夺目。

不同波段的太阳发布：2013-12-20 15:30:48作者：NASA中文不同波段的太阳光，犹如一道绚丽的彩虹，由太阳动力学天文台拍摄。例如，5800埃的黄光描绘太阳表面，代表5700摄氏度的物质的放射物。绿光为94埃，表示63万摄氏度的原子发出的极端紫外线光，最适合观察温度极高的太阳耀斑。

60光年范围内可能存在2000颗“宜居行星” 系外行星调查目前已经进入了规模化发现阶段，前不久美国宇航局披露了最新的数百颗系外行星，但是其中并没有发现可宜居的行星，近日美国网络漫画人士兰德尔·门罗绘制了太阳系周围天体系统系外行星图表，表明在60光年的宇宙空间内可能存在超过2000颗的潜在可居住系外行星，而银河系内的行星数量可能高达400亿颗，银河系的直径大约在10万光年左右，目前我们对系外行星的发现数量仅为数千颗，如果再精确一点，大约为1049颗，还有数千颗仅是发现信号，未进一步确认的。如果在60光年之内存在超过2000颗潜在的可居住行星，那么我们现在发现的系外行星数量显得太少了，1049颗系外行星分布在十几个恒星系统中，它们距离我们也不遥远。恒星周围可居住带的轨道环境有利于满足液态水的形成，如果行星表面拥有一定的大气环境，那么液态水很可能在此类行星上存在，有了液态水的支持，就有可能演化出生命。兰德尔·门罗将现有的数据通过可视化的途径表达出来，可以很直观地看出潜在宜居行星的大小和数量。图2中绿色区域就是恒星周围的可居住带，太近的轨道环境就比较热，不太支持液态水的存在，比如水星的轨道，如果轨道半径太大，那么行星的表面环境接受不到足够太阳光照射，就比较寒冷，当然这仅是初步判断，具体的行星表面环境还是需要观察其轨道和内部结构。研究员安德鲁·霍华德认为我们的星系中可能存在非常多的宜居世界，10万光年直径的银河系拥有400亿数量级的行星，显然我们有理由相信我们并不孤单。本项研究结果刊登在美国国家科学院学报上，数据分析结果也是基于开普勒系外行星探测器的观测数据库，隶属于美国宇航局的开普勒望远镜在轨运行4年间每隔30分钟对15万颗恒星进行观测，通过微小的亮等变化发现系外行星世界，科学家发现大约22%类太阳恒星周围的可居住带上存在适合生命演化的行星。

器材星特朗127施卡。地点30°E,104°W附近。拍摄三星800万像素[自动]M45上半部分。

贺电嫦娥三号软着陆成功，太阳翼成功展开

贺电嫦娥三号软着陆成功！！！！！！

ISS-航天飞机火箭

ISS-各式照相机

13到14日，双子座流星雨极大ZHR=120 2013年12月双子座流星雨全球目视观测情况观测的天象方式：目视【肉眼可直接观赏】、拍照、单双筒望远镜；观测时间及位置：12-16日大约20时到天亮前全天可观，当看到东方明亮的木星升起时便可开始观赏了。【时间因地区不同而不同】{所有时间为北京时间}；观测最佳时间段：13日21时到14日6时最佳；观测估计的数量：市区：6颗/时；市郊：30颗/时；乡郊：60颗/时；很黑地区：90颗/时可见的地理位置：全国，全球的北极点到南纬65度之间可观，最佳观测纬度为北纬25度附近；天象的观赏价值：★★★；月光的影响程度：对观测有较严重影响，大约03时月亮落下【时间因地区不同而不同】；阳光的影响程度：离太阳角度距离为150度，无影响。

嫦娥明晚9时40分落月，经历黑色12分钟，自主着陆嫦娥预计明晚9时40分落月经黑色12分钟自主着陆2013-12-13 13:53　来源：法制晚报　我有话说有67人参与　　法制晚报讯预计明晚9时40分，嫦娥三号将结束绕月环飞，实现令人期待的月面软着陆。随后，“嫦娥”、“玉兔”将沉睡至15号，在两器分离后，“玉兔”将开始它独自的勘探之旅。　　嫦娥落月将经历黑色12分钟　　记者从国防科工局获悉，嫦娥三号预计将于明晚9时40分落月，具体时间或因轨道而有所偏差。　　但这期间“嫦娥姑娘”并不清闲，她需要再次确认着陆敏感器、着陆数据后，对软着陆的起始高度、速度、时间点做最后的准备。　　从15公里高度到安全降落到月球表面，嫦娥三号完全要依靠自动控制，完成降低高度、测距、测速、确定合适的着陆地，那时将面临新的挑战，被称为最为“惊心动魄”的一个阶段——动力下降段。　　这一阶段地面测控基本已经“无能为力”，完成这一阶段需要约12分钟时间。探测器系统副总指挥谭梅把这段时间称为“黑色750秒”。　　地形要求高嫦娥装“眼睛” 　　据了解，在嫦娥三号从15公里到月球表面软着陆的过程中，着陆器还将同步开展月表地形、地质的研究。成功实现软着陆后，除了释放“玉兔”号月球车外，扎根月球的着陆器则将利用月基光学望远镜、极紫外相机等进行探测。　　安全降落后，“玉兔”将与“嫦娥”分离，释放、解锁、从梯子上缓慢降到月球表面，开始以每小时200米的速度缓慢行走，开始我国首次航天器地外天体软着陆和巡视勘探活动。为了能让“玉兔”顺利地行走，避免被坑洼阻碍，对于着陆器落月选择的地形地貌提出了较高要求。　　尽管嫦娥二号已经为嫦娥三号拍摄了优于1.5米分辨率的虹湾区域影像图，从宏观上看这一地区是平坦的，但是虹湾也并非一马平川的，仍旧存在坡度、石块。　　然而，为了能够让嫦娥三号更好地避开这些危险，着陆器上还安装有“眼睛”，即测距测速敏感仪。在降落过程中，它可对月球表面快速扫描，甚至绘制出三维立体的月球表面影像供程序分析判断，并在100米高度悬停，最终把嫦娥三号平移到最佳的着陆点上空。　　关闭反推发动机避免扬尘　　当嫦娥三号在100米悬停时，除主发动机外，软着陆发动机开始工作。利用发动机点火反推，慢慢让它降下。　　嫦娥三号将使用最大推力为7500牛的变推力发动机。这个主发动机是我国现在航天器上最大推力的发动机。　　为了避免扰动月球表面的月尘吹起，嫦娥三号在距离月球四米左右的位置将关闭反推力发动机，进行自由落体。

模拟嫦娥三号登月

嫦娥三号在环月轨道成功实施变轨控制今日21时20分，嫦娥三号在环月轨道成功实施变轨控制，顺利进入预定的月面着陆准备轨道。此次轨道机动是在月球背面实施的。18时00分，北京航天飞行控制中心向嫦娥三号注入调姿和变轨参数。20时37分，嫦娥三号进入月球背面区域。21时20分，嫦娥三号发动机成功点火，开始实施变轨控制。21时24分，嫦娥三号重新回到月球正面，根据地面测控站监视数据分析判断，嫦娥三号已由距月面平均高度约100千米的环月轨道，成功进入近月点高度约15千米、远月点高度约100千米的椭圆轨道。

ISS

扩张中的蟹状星云

卡西尼飞船拍到土卫六北极湖泊和海洋全貌正在土星轨道运行的卡西尼飞船又有了新发现——由于近期太阳的角度适中，土卫六北极地区被阳光照亮，加上这一区域的天气状况较好，而卡西尼飞船的位置也恰好到处，于是就在最近，卡西尼飞船拍摄到了土卫六北极地区充满液态甲烷和乙烷的海洋和湖泊的最新照片。这些最新图像提供了有关这些湖泊和海洋如何形成，以及土卫六上 “碳氢化合物循环”体系的线索，这一循环体系与地球上的水循环相类似，只是参与循环的物质不是水，而是碳氢化合物。除了此前已经观测发现在土卫六南极附近存在着一个较大的湖泊和数个较小的湖泊之外，土卫六上几乎所有的湖泊都集中在其北极地区附近。卡西尼项目组的科学家们已经使用雷达对这一地区的地形情况进行了考察。尽管土卫六大气浓重，但是雷达波可以穿透云雾，查看土卫六的地表形态。但在其它波段，直到今天，卡西尼的可见光和红外成像设备还只是拍摄到一些远距离的模糊的，且覆盖极不全面的区域影像。而近期出现的几项条件则给了这些光学设备绝好的观测机会。首先最近执行的两次飞掠飞行为这一次的飞行提供了绝好的观测视角。而在这个季节，太阳光已经开始穿透土卫六北极地区冬季厚重的黑暗，这一黑暗场景自从9年前卡西尼飞船抵达土星以来便一直持续着。这张照片是基于今年7月10日，7月26日以及9月12日的飞掠期间获取的红外波段图像数据拼接而成的。卡西尼飞船的可见光和红外成像光谱仪工作波段覆盖可见光和红外波段，分辨出了这些湖泊周边物质成分的差异。数据显示土卫六上的湖泊和海洋部分可能已经蒸发，留下类似地球上盐湖一类的残留。但是在土卫六上，这些蒸发的物质被认为是有机化合物，其来源是土卫六浓密的大气雾霾，这些物质此前溶解于地表的甲烷湖海之中。在这张照片中可以看到，这些物质在土卫六上水冰典型偏绿色的背景之上呈现明显的橘色。美国爱达荷大学的杰森·巴姆斯(Jason Barnes)是卡西尼项目科学家，他表示：“卡西尼可见光红红外成像光谱仪此次获取的图像让我们首次有机会一览这一地区的全貌，而在此之前我们对这里都只能是在低分辨率条件下观察其局部区域。”他说：“结果显示土卫六的北极地区比我们原先想象的更加有趣，这里存在复杂的湖泊和海洋体系，还有这些‘水体’蒸发之后留下的沉积物分布。” 在此次获取的图像中，卡西尼在近红外波段拍摄的图像显示在湖泊的北侧地区存在一片此前的数据中没有发现过的明亮地形区域。这种亮度上的差别显示这片地区相比土卫六上其它地区是独特的，这或许可以解释为何几乎所有的湖泊都集中在这一区域。土卫六上的湖泊拥有非常独特的形状——圆润的形状，但比较平直的岸线。对此科学家们已经提出了几种不同的成因理论，从火山喷发后导致的地层塌陷到喀斯特地貌，后者是一种液体溶蚀岩层之后形成的地貌类型。在地球上，喀斯特地貌可以形成非常独特的自然景观。伊丽莎白·塔特尔(Elizabeth (Zibi) Turtle)是一名卡西尼飞船成像组成员，来自约翰霍普金斯大学应用物理实验室，她说：“自从土卫六上湖泊和海洋被发现以来，我们便一直在思考为何它们会如此集中于土卫六的北半球高纬度地区。因此，当我们发现这一地区的地形上存在一些独特之处之后，对于我们最终找到这一问题的确切答案具有重要意义。” 卡西尼飞船于1997年发射升空，2004年抵达土星以来一直在开展各项科学考察工作。土星上一年大约是地球上的30年，这也就是说卡西尼飞船几乎已经在土星工作了1/3年。在这段时间内，土星和它的诸多卫星都已经显示出季节更替的迹象，从北半球的冬季直到转为夏季。琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)是卡西尼项目科学家，来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)，她说：“土卫六的近北极地区是整个太阳系中与地球最为接近，最为有趣的地区之一。我们已经注意到这里的湖泊会随着季节发生变化，而卡西尼飞船的长寿命让我们能有机会观察这些变化。现在太阳开始照耀土卫六的北半球，我们首次得以观察到这里的景色。之后我们将对获取的数据进行比对，并试着了解土卫六近北极地区为何会聚集如此多的湖泊和海洋。”

邻近的船尾座RS变星说明: 它也许可算是天空中最重要的恒星之一，周围恰好有一团灿烂的反射星云。会脉动的船尾座RS星就是影像中心最亮的那颗星，其质量为太阳的10倍以上，平均亮度则是太阳的15,000倍。船尾座RS星是一种造父变星，其亮度用于估计邻近星系的距离，因此而成为建立宇宙标尺的奠基方法之一。船尾座RS的变光周期约为40天，规律性的亮度变化也反映在周围的星云上，只是时间有点延迟。从所测定的延迟时间、星云的视张角、以及已知的光速，使天文学家能用几何方法推算出船尾座RS的距离为6,500光年，误差只有90光年。这种误差量对恒星天文学来说已经非常小了，这一精确距离也使得科学家对船尾座RS星真实亮度的推算变得更为精确。把这项结果应用于其他造父变星，可以使我们对河外星系距离的认知也变得更为精确。

金星，黄道光和银河说明: 在这幅9月22日摄于南非的明亮星空影像里，银河系的鼓胀核心像是悬在一团光晕之上。在影像顶端，长河状的气体尘埃，看似从银河中心往天蝎座泛黄而明亮的心宿二倾泻。不过，星野中最明亮的天体并非恒星，而是行星金星，它现在仍是西方天空日落后最亮的天体。此外，由地平面往上伸展的光柱是黄道光，它们实际上是分布在黄道面的尘埃反射阳光而产生的晕光，在南半球春季时，它在暮光消失后的夜空中格外明显。

比邻星的新照在这张哈勃图像中闪烁的是离我们最近的恒星：比邻星。它事实上是南门二（半人马α）这个三合星系统的成员，半人马α的AB主星，是两颗类太阳恒星，未在图像中。本图由哈勃第二代广域行星相机（WFPC2，已退役）拍摄，伪彩配色如下： 675nm的红光，蓝；815nm的近红外光，橙。比邻星位于半人马座，离我们仅4光年。虽然它在这张哈勃太空望远镜拍摄的图像中看起来很亮，又是离我们最近的恒星，但我们的肉眼却看不见它。相比于其他的普通恒星，它的质量仅为太阳的1/8（属于红矮星中的典型小质量恒星，译注），绝对光度很低。但是，它会时不时地变亮。它属于“耀星”，因为恒星内部的对流，它的亮度倾向于产生随机的变化。对流不但会导致比邻星的亮度变化，与其他因素结合，还意味着它有着极长的寿命。天文学家预言，它会在恒星的主要生命阶段——天文学上的主序星时期停留大约4万亿年，相当于当前宇宙年龄的300倍！虽然从宇宙标准看，比邻星离我们极近，但即使在高分辨率的哈勃图像中，它还是个点光源（那些亮线都是镜头的衍射效果，中央亮斑是CCD过饱和后的溢出效果——译注），充分说明宇宙是多么的广袤无垠。

欧航局“普朗克”探测器退役永久留在绕日轨道上欧洲航天局23日宣布，该机构用于探测宇宙微波背景辐射的“普朗克”太空探测器正式停止运行。在10月3日停止所有科学观测活动后，“普朗克”一直在燃烧剩余的燃料、准备进入永久休眠状态。23日下午，欧航局位于德国的地面控制中心向“普朗克”探测器发出了最终指令，从此它将留在离地球很远的一个绕日轨道上。该探测器以20世纪最重要的物理学家之一、量子力学创始人马克斯·普朗克命名，于2009年5月升空入轨，主要任务是探测宇宙微波背景辐射。目前为科学界所普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于一次“大爆炸”，宇宙微波背景辐射是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“普朗克”探测器的使命在于帮助科学家研究早期宇宙形成和物质起源的奥秘。今年3月，欧航局公布了根据“普朗克”探测器传回数据绘制的宇宙微波背景辐射图。这幅图是宇宙在大约38万岁时的情形，被认为是迄今最精确反映“婴儿”时期宇宙的微波背景辐射图。“普朗克”传回的数据还显示，宇宙的膨胀速度比科学家先前设想的要慢，这让研究人员将宇宙目前的年龄调整为138.2亿岁。欧航局项目科学家介绍说，“普朗克”探测器的成果让科研人员对宇宙的起源和演化有了全新的认识，有助于研究理解宇宙如何从无限小膨胀成现在的规模。欧航局有望在2014年公布具体成果。

美丽的天蝎座天蝎座是有名的黄道12星座之一，平常的模样只是几颗亮星构成一个蝎子形。如果要看到上图这样美丽的影像，需要一台很好的相机和一些特别的滤镜，还要经过数字影像处理。为了能拍摄到细节部份，上图这张影像不只是在各颜色波段都经过了长时间曝光，而且在氢原子独特出的极窄红光波段也增加了一重曝光，使得影像细节更为明显。合成的影像显现出许多惊人的特征。影像左边，垂直跨过影像的是银河系一部分盘面，拥有许多亮星和黑暗尘埃的巨大云带。由银河往影像中心斜伸而出的黑暗尘埃带又被称为暗河。这条暗河连接至影像的右边，就是蝎子的头和螯，其中包括了明亮的心宿二。影像中还可以看到许多发出红光的发射星云和发出蓝光的反射星云。

开普勒”发现首个倾斜恒星系统天文学家在最新出版的美国《科学》杂志上报告说，他们根据来自美国宇航局（NASA）开普勒空间望远镜的观测结果找到了一个“倾斜的”太阳系，这一发现为研究一些行星如何以偏离恒星赤道的路径围绕后者运转提供了重要线索。太阳系中的行星都形成于一个围绕太阳赤道运转的气体与尘埃盘之中，因此这些行星几乎都开始于相同的平面上其中地球轨道与太阳赤道平面的夹角仅为7.2度。然而5年前，天文学家发现一些太阳系外行星的运行轨道与其母星的赤道平面具有非常大的夹角，这让他们震惊不已。有的行星甚至倒退着围绕自己的恒星运行——它们的轨道与恒星的运转方向完全相反。但是迄今为止，还没有人发现过一个“错位的”多行星恒星系统。在这项最新的研究中，加利福尼亚州莫菲特菲尔德市NASA埃姆斯研究中心天文学家Daniel Huber及其同事把目光转向了开普勒-56，这是一颗距离地球大约860秒差距（2800光年）的恒星。这颗恒星拥有两颗位于相同平面的行星，后者以小于水星至太阳的距离围绕母星运转。开普勒空间望远镜之所以发现这两颗行星是缘于它们阻碍了恒星的光线，因此行星的轨道应该朝向地球观测者的视线边缘。开普勒-56是一颗巨大的恒星——其质量是太阳的4倍，并且释放出9倍于后者的光线。为了确定这颗恒星的运行方向，研究人员利用开普勒空间望远镜分析了其亮度的变化，这些变化缘于恒星的振动，以及取决于在恒星的赤道、极轴或两者之间对其进行观测所产生的差异。观测结果显示，恒星的赤道平面与行星轨道之间的夹角为45度。Huber表示：“这真让人大吃一惊。” 为了搞清究竟是什么原因造成了这样的倾斜，天文学家利用夏威夷莫纳克亚山上的10米凯克I天文望远镜测算了开普勒-56在太空中的运行周转速度。“我们终于找到了造成这一切的‘罪魁祸首’。”Huber指出，一颗遥远天体的引力对开普勒-56构成了牵引，同时导致了行星轨道的倾斜。尽管存在巨大的倾斜，但行星彼此的轨道之间却能够保持匹配，这是缘于它们处于一种共振的状态——其中一颗行星环绕母星运转一周的时间是另一颗行星的两倍，从而使得它们能够通过引力定期彼此推动对方。因此尽管已经从根本上脱离了恒星的赤道平面，但这两颗行星的轨道依然能够保持在共同的平面上。 “这真是一项迷人的发现。”剑桥市麻省理工学院的天文学家Amaury Triaud认为，“它的实质是：你观测，而后你发现了完全不同的东西。” 开普勒空间望远镜是首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器，于2009年3月6日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，它是NASA发射的首颗探测类地行星的探测器。迄今为止，开普勒空间望远镜对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统进行了观测，以寻找类地行星和生命存在的迹象。开普勒空间望远镜携带的光度计装备有直径为95厘米的透镜，它将通过观测行星的“凌日”现象搜寻太阳系外类地行星。然而随着一系列致命故障的发生，在经过数个月的努力后，NASA于2013年8月15日宣布放弃修复开普勒空间望远镜。开普勒由此结束搜寻太阳系外类地行星的主要任务，但它仍可能被用于其他科研工作。

明虾星云IC 4628

轨道速度提问：在宇宙飞船返回再入大气层时如果用一个像“好奇号”降落火星表面时所用的“空中起重机”，把飞船的速度降到每小时只有几英里，那是不是就可以不用热防护罩了？ —— Brian 有没有一种办法可以让飞船在冲入大气层的时候避免压缩大气，这样就可以不需要昂贵而又脆弱的外部热防护罩？ —— Christopher Mallow 可不可以把一个小火箭（载有货物）提升到一个很高的地方，然后在那里只需要很小的火箭就能达到逃逸速度？ —— Kenny Van de Maele

科学家完成银河系暗星云普查：恒星诞生之地一个由亚利桑那大学领衔的研究组日前完成了迄今规模最大的，针对银河系高密度气体云的巡天考察工作，这些密集的尘埃气体云是新生恒星诞生的地方。亚利桑那大学斯图尔特天文台的天文学家扬西·雪莉(Yancy Shirley)是该项研究的主要负责人，他们的这项研究对超过6000个此类高密度尘埃气体云进行了观察，分类和绘制，这项工作让天文学家们得以更好的了解恒星形成的最早期阶段情形。雪莉表示：“当你在晴朗的夏日夜晚仰望银河，你会注意到那并不是一条连续的恒星条带，你会发现那里存在着一些暗黑的区域，看上去那里似乎没有恒星存在。但事实并非如此，那里并不是没有恒星，那里是被暗黑的星云遮挡的区域，那里是大量的尘埃和气体云团，而这些物质却正是形成恒星，行星以及我们所在的银河系本身所需要的原始材料。” 雪莉表示，这项研究工作是天文学领域的一项重要任务，因为它将允许天文学家们加深他们对恒星形成最最早期阶段的理解。在这一时期，这些区域的尘埃和气体云团开始逐渐凝聚，形成星团或星群结构。他们解释道，在过去的30~40年间所开展的大部分研究工作都太过集中于那些广受关注的目标区域，在那些区域，已经有原始的恒星逐渐形成。雪莉表示：“我们银河系中最著名，最主要的恒星形成区域都已经被进行了广泛的研究。但是我们对于那些恒星更少的区域，那些恒星形成阶段开始之前的区域，包括它们的具体分布，却都知之甚少。” 而此次这项研究则提供了针对银河系的首次巡天观测，展示其中这类区域的分布情况，它们处在不同的星系环境之中，处于不同的演化阶段。这将帮助天文学家们更好的理解这些区域的性质是如何随着恒星形成阶段的变化而发生改变的。雪莉表示：“到目前为止，那些几乎没有恒星的暗黑云团只找到了很小的一部分。而现在，我们看到了恒星形成的最早期阶段，此时恒星的形成实际上还尚未开始。我们首次拥有了涵盖大量此类目标的清晰地图。” 研究组表示，银河系内的恒星形成速率在过去更高，而时至今日，银河系内恒星的形成速度大约相当于每年新生一个太阳质量。那么一刻恒星达到完全的成熟期需要多长时间呢？雪莉表示：“关于这一点，我们希望能够通过将处于早期阶段的星云目标与处于演化晚期阶段的星云目标进行对比。这两者之间的数量比例将告诉你有关每一阶段持续时间长短的推算结果。在我们的这项研究中，那些还尚未开始展现恒星新生迹象的星云区域在数量上是偏少的，因此可以判断处于这种早期阶段的时长是相对较短的。如果这一阶段的持续时间更长一些，那么我们理应能观测到更多这样的区域。” 由于这些暗黑星云遮挡可见光，因此科学家们无法使用在可见光波段工作的望远镜对其开展研究，例如哈勃空间望远镜。雪莉表示：“而对于像我们这样希望对恒星新生现象开展研究的人来说，这就是一个非常棘手的问题，因为我们想要看到新生的恒星或星群，然而这些尘埃和气体云遮挡了视线。” 然而，科学家们也知道，尽管这些尘埃云团不会在可见光波段发光，但它们会在其他波段发出辐射，尤其是在无线电波段，无线电波的波长要比可见光长数百万倍。雪莉表示：“星云中正在形成的年轻星群发出的光热，加上环境辐射，甚至附近星系的星光都会对这些尘埃气体云产生影响，使其受热，温度稍稍高于绝对零度。此时它们就会发出辐射，在波长非常长的无线电波波段上。”在此次研究中，科学家们仔细巡视了整个北半球可见的银盘面，他们使用安装了高灵敏器件的亚利桑那射电天文台亚毫米波望远镜开展这项工作。(晨风)

哈勃在白矮星周围发现富含水的行星碎片如果你在海边漫步，或进一步在大海上航行，你绝不会想到，地球本质上是“干”的。我们家乡行星总质量的0.02%，就是地球表面的水。事实上，大洋形成于46亿年前地球诞生的数亿年后。虽然仍有争议，但天文学家通常认为，地球表面的水来自后期富含水的小行星/彗星撞击

拍的几张月亮

样本显示高氯酸盐或毁掉火星生命证据火星土壤里的一种化学物质——高氯酸盐可能会在科学家找到生命迹象前，烧毁任何证据。高氯酸盐是由氯和氧构成的一种盐，研究显示，它会对“好奇”号分析土样采用的技术产生干扰。去年该火星车在名叫石巢(Rocknest)的沙丘周围行进时，首次发现这种化学物质。对高氯酸盐加热时，它发生的化学反应会破坏掉有机碳。马里兰格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体生物学家丹尼尔-格拉文称，他现在认为火星表面可能到处都有这种令人讨厌的物质。“对‘好奇’号当前采用的一些技术来说，高氯酸盐的出现并不是好事。这可能会改变未来我们在火星上寻找有机物的方式。” “好奇”号上的火星样品分析仪(SAM)借助裂解气相色谱质谱仪加热土样，查看土样的成分，并准确确定样本里出现的每样物质的数量。温度超过200摄氏度后，被加热的土样里的任何高氯酸盐都会分解，释放出纯氧。而样本里的有机分子遇到氧气时，就会燃烧变成二氧化碳，毁掉土样里的分子证据。然而格拉文说，幸运的是会有一些有机碳幸存下来，它们有可能是被包裹在更耐热的材料里，或者是还未被高氯酸盐分解掉，科学家就已经发现了它们。未来的试验中，科学家可以计算有多少有机碳被高氯酸盐分解掉，以便估计火星土壤里最初含有多少有机物。格拉文说：“我们把其他样本与石巢山丘的样本进行对比，推断火星土壤里是否存在有机物时，这么做绝对至关重要。”他称，以后通过采用无需把土壤加热到会导致高氯酸盐分解的温度的新技术，“好奇”号或许能避开这个问题。现在该车已经携带这样一个仪器，只是它还没开始使用。

ALMA全部66架天线都已交付使用阿塔卡玛毫米/亚毫米大型天线阵列（ALMA）的最后一架天线于今天交付ALMA（射电）天文台。欧洲南方天文台（ESO）迄今最大的合同——由欧洲AEM联合体设计制造并交付的25架12米口径天线，已经全部履行完毕。

贺电 2013年3月14日，欧洲核子研究组织发布新闻稿表示，先前探测到的新粒子是希格斯玻色子。2013年10月8日，诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓，比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖。

[2011诺贝尔物理奖]宇宙加速膨胀完整图文解读写在恒星之中 “有人说世界将终结于烈火，有人说将终结于寒冰……” 宇宙最终的命运是什么？或许它将终结于寒冰，如果我们打算相信今年的诺贝尔物理学奖的话。他们已经仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星”（supernova）的爆炸恒星，得出了宇宙正在加速膨胀的结论。即便是对这些获奖者而言，这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象，就好比是把一个小球抛向了空中，却没有看到它落回来，反倒看着它越来越快地上升，最终消失在了空中，仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。

奥卡姆剃刀到底是个怎样的法则？常访问科学网站的同学们可能都比较熟悉剃刀原则，这个原则经常会用来驳斥一些玄学和伪科学的言论。但是这个原则本身却经常被人误解。最重要的是，剃刀原则从来没有说简单的理论就是正确的理论。实际上，没有任何一种科哲原则认为简单即正确，最多也只有几个物理学家认为优美的数学公式更可能符合物理事实——而也没有充足的证据表明他们是对的。那么剃刀原则说的究竟是什么呢？虽然奥卡姆的威廉肯定不是总结出这个原则的第一人，但是通常的表述——“如无必要，毋增实体”一般都归在他头上。在现代科学的语境下，我们说到狭义的剃刀原则时，一般是这样的：“当两个假说具有完全相同的解释力和预测力时，我们以那个较为简单的假说作为讨论依据。”（有一些科学哲学家对此进行过扩充，不过我们不讨论扩充的版本。）注意，这两个假说必须在实证上完全等同，剃刀兄才能出马，而这个前提实际上要求很高，绝大部分科学内部的争论都不满足的。剃刀原理最常被误用的案例之一，是日心说和地心说之争。相当一部分涉及科学史的文章都很随意地说，日心说不需要本轮均轮，比地心说简单，所以是对的。但是，日心说和地心说的解释力根本不一样啊！托勒密不是地心说的发明者，而是地心体系的集大成者，他的理论虽然繁琐，但预测精度很高，实际上比哥白尼书中描述的那个日心理论要更精确……但是托勒密体系也有好几个问题，其中最明显的是月亮轨道：他的体系可以很漂亮地解释月相，但付出的代价是要求月地距离必须有很大的变化，最远时是最近时的两倍——也即一个月内，月亮最大时直径要是最小的两倍！显然这完全不符合我们的实际观察。托勒密当然意识到了这个问题，但他坦承自己也没办法。反过来，日心说的处境也好不到哪去。哥白尼的著作出版后，同时代的天文学家很快提出了很多质疑：地球如果在运动，那么上面的人为啥不会飞出去？自转为啥不会把地球外表面的东西甩飞、让它四分五裂？如果地球在动，那为什么一年四季看到的星座形状距离都一样？另外，日心说在伽利略的手里发扬光大了，但也留下一个问题：按照伽利略的计算，每天应该只有一次潮汐，可大家都知道是两次。由此可见，日心和地心的关键不是谁更简单，而是谁的错误更不严重、更容易弥补。随后的几百年里，我们有了牛顿定律，有了引力理论，有了先进的望远镜可以观测到视差，还发现伽利略的计算是错的。日心说的漏洞全都补上了，而地心说却始终原地踏步，因此到了十九世纪中叶，几乎没有学者还在坚持地心说，就连天主教廷也在1821年给哥白尼学说的书籍解禁了。全过程都没有劳烦剃刀原则出马。实际上，科学界里几乎所有的公开争论，水猿vs.陆猿，板块运动vs.不动，爱因斯坦体系vs.牛顿体系，甚至以太vs.没有以太，对阵双方假说的预测力和解释力都是不一样的。我印象中不记得见过任何一个科学争论是纯靠奥卡姆剃刀来解决的。我的猜测是，由于科研工作者的职业锻炼，如果遇上了一个不可证伪、因而“无必要”的假说，他们能很快地识别出来并自行解决之，而不会拿到台面上争论。那奥卡姆剃刀能干什么呢？通常它是用来解决科学vs.非科学的争端的。比方说，我认为有一个神点燃了宇宙最初的种子，但是从大爆炸那一瞬间起，它就甩手不干了，不做任何形式的干预和观察。这样一个神就是典型的刀下亡魂。一个神创造了最初的宇宙然后撒手不管，和这个宇宙自己产生的，对于我们而言有任何可观测的区别吗？没有。既然如此，那么如果我们要做理性讨论，就应该”毋增实体“——忽略这个神。这个神是否一定不存在呢？也许它是存在的。但同样道理，也许它是由它之上的另一个神创造的，也许我们的宇宙只是它的梦境或者它编的电脑游戏，也许实际上是几十上百个神通力完成的，也许整个宇宙都是我一个人的想象，这样的假说可以无穷无尽地列下去。哪个是真的？不知道，因为我们观测不到任何区别，没有任何一个假说是可证伪的。这么多假说对我们讨论问题有什么帮助？丝毫没有，而且还会引发混乱。如果我们想理性地讨论一个问题，我们不能连大前提都不一致，所以祭出奥卡姆剃刀，忽略这样一个神或者几十个神。在这个例子里，我们使用的是一代目剃刀：这个神完全是“不可证伪”的，没有任何实验方法能否认他的存在，因此他完全是一个“无必要”的实体，因此就不考虑他。但除此之外还有第二种可能。这个神确确实实做了一些能影响人类的事情，理论上一定存在方式来检验，但是，由于种种原因，还没有人真的去做这样的检验。这时候我们动用二代目剃刀就要小心一点儿了，因为我们的目标现在是一个合格的、具有可证伪性的真正的假说，首选的手段当然是用对应的实验去验证它，没法做这个实验的时候才能勉强出动剃刀；而此时剃刀的锋利程度就和假说的“可证伪性”成反比了。如果一个假说用一个很简单的实验就能证明或证伪，那就不应该使用剃刀；如果一个假说要证明或证伪的难度非常之大，那剃刀还可以用用；如果证伪的难度如此之大以至于根本不可能，那么恭喜，我们又化归到了第一种情况，可以自由使用剃刀了。

美国宇航局称火星上没有生命痕迹美国宇航局的科学家称到目前为止，好奇号没有在火星上发现生命痕迹，也没有发现任何可以间接暗示生命存在的痕量气体线索，此前科学家一直在寻找由细菌产生的甲烷等气体，好奇号也通过一年的时间对火星地表和大气进行了全面的扫描，结果依然没有发现任何痕迹。NASA的科学家认为如果火星上是个曾经存在生命的地方，那么我们可能会感觉到一些痕迹。好奇号火星车自去年降落在火星赤道以南的盖尔撞击坑后，使用车载探测装置分析火星大气，通过也通过激光装置研究火星表面。最新的结果显示好奇号没有检测到任何甲烷气体，研究人员认为该气体与微生物之间存在密切的联系，这意味着火星上并不支持生命。美国宇航局曾经对好奇号充满了希望，认为在好奇号降落在火星表面的过程中可能会吸入一些甲烷气体，通过对甲烷等气体的探索来间接发现火星生命。在地球上，甲烷被认为是生命代谢活动的副产品，当动物消化或者植物腐烂时就会产生甲烷类气体，目前没有在火星上检测到甲烷气体说明现在的火星地表之下不可能存在微生物，如果微生物是存在的，那么痕量气体就会被探测到。戈达德太空飞行中心任务专家Paul Mahaffy认为如果微生物生活在火星上的某个地方，并且处于正常的代谢中，那么我们就可以在大气中检测到它们代谢产物的痕迹。好奇号在过去的一年里已经完成了大约1英里的路程，JPL的科学家克里斯托弗·韦伯斯特认为这个结果显然令人失望，甲烷不仅与生命活动有关，也可以由一些非生物过程制造。今天的火星是一个极度恶劣的环境，非常干燥，并且遭受到强辐射的作用，但是在10亿年之前，火星却可能存在湖泊，如果火星上依然存在生命，科学家推断它们只可能在地下生存。行星协会首席执行官比尔·奈伊认为好奇号在降落地点周围没有检测到甲烷痕量气体，并不意味着该气体不存在，有研究显示在火星的西半球一些区域内可能存在甲烷气体。

核球区行星状星云奇特的方向一致性借助美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜（HST）和欧洲南方天文台（ESO）的新技术望远镜（NTT），天文学家研究了银河系中央核球区的100多个行星状星云。他们有了一个完全意料之外的发现：那些蝴蝶状或沙漏状星云的对称轴（或旋转长轴），神秘地倾向于垂直于银道面。类太阳恒星生命的最后阶段是把其外层气壳吹散到周围的太空，形成一个具有各种美丽外形的行星状星云。其中的一类，具有沙漏或蝴蝶形状，称为双极星云。这些行星状星云形成于银河系的各处，具有不同的属性，而且它们根本不可能与其他的星云发生相互作用。但是，由英国曼彻斯特大学天文学家进行的新研究却显示一个奇怪的谜：很多的星云在太空中具有相同的取向（注1）。