星际幻境 星际幻境
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睡眠为什么有益记忆 长期以来,人们知其然而不知其所以然。现在,科学家也许找到了其中的奥秘:当人进入深度睡眠时,大脑神经元会长出新的突触,加强神经元之间的联系,从而巩固和加强记忆。 科学探索  想要好记忆,得有好睡眠。长期以来,人们知其然而不知其所以然。现在,科学家也许找到了其中的奥秘:当人进入深度睡眠时,大脑神经元会长出新的突触,加强神经元之间的联系,从而巩固和加强记忆。   这项研究成果5日发表在美国《科学》杂志上。研究负责人、美国纽约大学华人学者甘文标教授说:“这项成果对小孩子学习特别重要。如果你不停地学习,甚至牺牲睡眠来学习,那是不行的,因为大脑神经元不会有新突触形成,你根本记不住。”总之,睡,是为了更好地学,不是浪费时间。   为研究睡眠对记忆的影响,甘文标及其研究团队培育了两种小鼠,让它们学习在旋转棒上站稳,其中一种小鼠学习一个小时后睡眠7小时,另一种小鼠学习同样的时间但不准睡眠。研究人员利用双光子成像技术观察小鼠大脑的运动皮层,发现有睡眠的小鼠会长出较多的新突触,学习能力较强,而睡眠被剥夺的小鼠则基本没有新突触生长,学习能力相对较弱。   进一步研究表明,不是所有睡眠都对记忆重要。睡眠分为慢波睡眠和快速动眼睡眠等多个阶段,慢波睡眠是基本不做梦的深度睡眠,而快速动眼睡眠是多梦的睡眠。甘文标说:“睡眠时大脑并不是很安静,而是很活跃的。但做梦的睡眠对记忆并不重要,重要的是慢波睡眠。在慢波睡眠过程中,像电影重放一样,原来学习时活跃的那些细胞,重新活跃起来,从而长出新的突触。”   还有一个重要发现是,突触并非随意生长。“一个神经元有许多分支,就像一棵树一样。当小鼠在旋转棒上学习向前跑时,突触会在某些分支上生长,而如果是向后跑,则在不同的另外一些分支上生长。这说明学习新技能时,突触只在特定分支上生长。不过,其中的原因还不是很清楚,”甘文标说。   对于这项成果的意义,他说,人们已经知道睡眠在学习与记忆过程中发挥着重要作用,但为什么长期缺乏睡眠导致表现不佳,其中原因并不清楚,而他们的研究证明,大脑中的突触变化或许是学习与记忆的基础。“我们更好地了解为什么要睡眠,这是为了巩固学习的东西,为了增强长时间的记忆。此外,有些人记忆不好,有些也许是睡眠的问题,所以我们可以从睡眠方面入手治疗”。(来源:北京日报)
宇宙背景微光中寻获引力波印迹 大爆炸余热——宇宙微波背景辐射中,由引力波产生的B模式极化信号(图中的卷曲形状)。据说,这是宇宙诞生的最初一瞬间发生过暴胀的首个直接观测证据。图片来源:哈佛-史密松天体物理中心 北京时间3月18日凌晨,美国哈佛-史密松天体物理中心召开新闻发布会,宣布了一项重大发现:他们在宇宙微波背景辐射中找到了由引力波留下的B模式极化信号。这一发现堪称宇宙学研究的“圣杯”,被誉为是“观测宇宙学又一个划时代的发现”。那么,这一发现到底是怎么回事,又有着什么样的意义呢?来看看天文学家Phil Plait在他名为“BadAstronomy”的博客上写下的这篇评论文章吧。 这可是个大新闻:天文学家已经正式宣布,他们首次看见了极早期宇宙中“暴胀”的直接证据,破解了宇宙演化历史的一个全新篇章。这一发现还在很深的层次上将相对论和量子力学联系在一起,这是以前从来没有出现过的事情。 这个消息非常重要,也非常有趣。不过,它也极为艰深——大概是我曾经写过的最复杂的发现。这跟希格斯玻色子可不一样,至少后者还能用一两句话说清楚个大概。但这一新发现揭开了宇宙深化历史中一个关键的节点,对物理学也有着深远的影响。 那么,这到底是怎么回事呢? 瞬间暴胀 我们知道,宇宙正在膨胀。不论我们朝哪里看,遥远的星系他们都在远离我们而去。如果我们把时钟反转回去,这就意味着,宇宙在过去要比现在更小,在某个时间点体积必定(接近)为零。时间上的这一点通常被称为“大爆炸”(the Big Bang),这是宇宙开始膨胀的起点。我们现在,距离大爆炸已经有138.2亿年了。 当然,在此期间发生了很多事情,其中又有许多事情发生在大爆炸后最初远远不到1秒的那一瞬间。暴胀便是其中之一。 我得承认,暴胀会让你的脑子有一点点转筋。它发生在大爆炸后大约10-35秒。为了让你能够更直观的理解这么短时间大概有多短,我们换一个表达方式,那就是0.00000000000000000000000000000000001秒!它只持续到了大爆炸后大约10-32秒,因此以人类的标准来看,这是极短的。但我们的宇宙正是在如此短暂的瞬间被“锻造”出来的。 在此期间,出于目前还不清楚的一些原因,宇宙经历了一场极端的膨胀。那种膨胀是加速的,跟现在宇宙膨胀的速度完全不可同日而语。有些模型表明,在暴胀期间,宇宙的大小增加了1050倍(有些模型甚至认为更多)——换句话说,宇宙在对我们来说小到完全没有意义的那一瞬间,变大了100亿亿亿亿亿亿倍。 就像我之前说过的,暴胀会让你的脑子有一点点转筋。位于南极的BICEP2望远镜,是此次发现的大功臣。图片来源: BICEP2 为什么要暴胀? 我们之所以认为暴胀曾经发生过,是因为宇宙看起来非常均匀平滑。你可能会觉得,宇宙一点儿都不平滑,明明有些地方密密麻麻挤满了物质和能量,而其他地方却完全是空空荡荡的。但是,如果在一个真正巨大的尺度上去看遥远而又古老的宇宙,我们就会发现宇宙平滑到了让人感到不可思议的地步。望远镜可以遥望宇宙深处,检验宇宙诞生时遗留下来的余热,测量其中的起伏。令人吃惊的是,其中起伏的幅度仅有大约10万分之一。暴胀解决了这个难题:宇宙一开始是疙疙瘩瘩的,但在那段极端膨胀的时期内,所有的起伏都被抹平了。就好像一块皱皱巴巴的床单,从各个方向拉床单,上面的皱褶就消失了。 不仅如此,暴胀还解决了宇宙几何形状的难题。我不会在这里解释细节,如果你感兴趣,可以去找更多的内容来阅读。重点在于,天文学家构想出了暴胀这个点子,用来解释我们在现在的宇宙中看到的一些古怪特性,而且暴胀也确实很好地完成了任务。这么多年来,它都表现很好。 但问题在于,所有这些都只能是间接证据。科学家更喜欢直接证据,但我们之前还没有找到过暴胀的任何直接证据。 时空中的涟漪 直到现在。这正是最新公布的这些结果所要证明的事情。暴胀模型预言,还有其他的标记被遗留在宇宙之中,其中之一便是:宇宙在经历迅速膨胀的时候,会在时空结构中产生出涟漪,被称为引力波。这些引力波,实际上就是空间本身十分细微的膨胀和压缩,它们会像声波一样在时空连续体中传播。我们知道引力波是存在的——我们在天文学观测中看到过它们产生的作用,还有两位天文学家因为发现了引力波的实例而分享了1993年的诺贝尔物理学奖。但是,想要看见来自宇宙暴胀时期的引力波,是一件极其困难的事情。 我们看不见这些引力波,但我们可以检测它们光线的影响,确切地说,那些光线来自早期的宇宙。引力波会使这些光线发生极化,在某种意义上说,相当于以特定的方式把这些光波排列起来。使光线发生极化的方式可以有许多种,它们都各不相同,但是引力波可以留下一种非常特殊的极化模式(被称为B模式极化,能够扭曲和卷曲极化的方向,参见本文题图)。在宇宙大爆炸留下的余光中找到这种极化模式,就会成为引力波的明确证据。而B模式极化信号,正是位于南极洲的一台名为BICEP2的望远镜最终检测到的极化模式。宇宙暴胀会有微波背景辐射的图案中留下独特的偏振模式。图片来源:《新科学家》 还能跟得上吗?我知道,这些东西看起来离我们的日常生活都极其遥远,但事实上,这确实是非常大的一件事情。在不久以前,暴胀还只是一个非常棒的想法,是理解我们的宇宙如何从最初诞生的那一刻演化到今天我们所见包罗万象的关键一环,但是没有任何直接的证据证明它确确实实发生过。现在,我们有直接证据了。 填补空白 打个比方来说,这就好像我们试图去写一本关于美国的历史书,一直都在谈论南北战争,却连它到底发生在什么时候都弄不清楚。现在,我们突然发现了照片,找到了日记,还确定了战场遗迹。发现由暴胀产生的引力波导致的B模式极化信号,就好像关于宇宙的历史书第一章前面的空白页上又出现了一些白纸黑字。 这些光向我们展示了,宇宙在诞生之后最初远远小于1秒的时间段内,到底发生了什么。这相当关键。理论学家已经提出了许多不同的物理模型,来描述暴胀可能如何发挥作用。类似的观测将帮助我们厘清哪些模型能行,哪些不行,又有哪些模型可能需要调整。比方说,这些引力波的强度要比模型预言的更强,于是你就会知道,有许多宇宙学家现在正站在黑板前,或埋首于纸堆之间,或者双手交叉在脑后仰躺在座椅上,苦苦思索着哪些变量、哪些参数、哪些方程必须要如何摆弄一下,才能再现出这些新近获得的观测结果。 暴胀是宇宙发生巨大相变的一个时期。发现它的直接证据,也会让我们理解宇宙的方式发生类似的巨大改变。 我之前提到过的希格斯玻色子,是现代粒子物理学的关键所在,发现它存在的证据是一件非常重大的事情。发现来自暴胀的引力波存在的证据,在宇宙学领域也是一件同等重要的事情。只要这一发现经得起检验,某些人因此获得诺贝尔物理学奖就是十拿九稳的事情。 但这对你又意味着什么呢?当然,这取决于你自己。我们中的大多数人都可以幸福快乐地过着我们的小日子,不用去过度担心引力波啦、亚原子粒子啦,或者宇宙在创生的最初一瞬间到底是什么样子。 但是,你也可以这样想一想:现在,我们能够理解宇宙在创生的最初一瞬间到底是什么样子了!这不是胡思乱想,也不是道听途说或者坊间传言。这项工作是大量研究的成果,是我们人类将数学、科学、物理学和技术运用了数百年之后,小心求证而得到的知识,是经得起科学检验、不怕火炼的“真金”。至少到目前为止,确实如此。 这一发现也有实际的意义。暴胀是基于量子力学而提出的,引力波却属于相对论的范畴。量子力学已经给我们带来了计算机、太阳能、原子能等大量的现代科技。相对论在许多方面对我们的日常生活同样意义重大,比如GPS全球定位系统,以及核电站。过去,这两个概念无法相容,但是现在,我们找到了两者之间一个直接而又深远的关联。这个结果还很新,我们还有很长很长的路要走,才能更好地去理解它。我们不知道这一关联会给我们带来什么。至少现在还不知道。但每次我们开启一片新的科学领域,总会有各种各样有趣的东西随之而来。拭目以待好了。 最后一点,我本人并非宇宙学家;我是天文学家。但我同样是人类的一员,当我仰望夜空,或者透过望远镜看到一幅璀璨影像时,我会好奇它们都是哪里来的,为什么万事万物会是现在这个样子,又是什么令我们所处的宇宙变成了今天我们看到的样子。我打赌,你对此也曾经好奇过。 从我们人类有能力提出问题时起,这些问题就一遍又一遍被人提出。现在,科学正在回答它们。
脑组织解剖图 美国佛罗里达大学艾伯特-荷顿博士收集了大量精美的人类脑组织3D解剖图像,人们可通过iTunes U网络频道进行访问。 科学探索 来源:腾讯科学探索人类大脑   美国佛罗里达大学艾伯特-荷顿(Albert Rhoton)博士收集了大量精美的人类脑组织3D解剖图像,人们可通过iTunes U网络频道进行访问。这些图中亮蓝色和亮红色部分是血管,便于医师以精确角度观看脑组织复杂结构,并藉此更好地进行手术。大脑右半球右半脑   图像显示大脑右半球。这部分掌控语言、记忆和感觉处理。尽管科学家认为大脑右半球与心理状态有关,但事实上大脑右半球并不擅长创造灵感的萌发,也不像大脑左半球善于逻辑性思维。大脑的“衬垫”   图中大脑左半球已完全移除,显示出右半球的表面部分。动脉和静脉在脑组织之间蜿蜒分布。图片中部较大的白色喇叭状结构是侧脑室,其中充满着可以缓冲脑组织压力的脑脊液。视神经交叉   这是视神经交叉,对于眼睛最初视觉具有重要作用。小脑   小脑,是运动控制能力的重要部分,就像一个单独的器官,在两个大脑半球之下。该图像显示小脑“下枕骨表面”,位于图像下方。小离基部   硬脑膜这一硬组织层将大脑(左半球和右半球)与小脑相分离,然而小脑仍从脑组织其它部分获取信息,通过连接抵达叫做脑桥的脑干部分。脊髓   伴随小脑部分被移除,脊髓顶部就显现出来。图中脊髓连接至叫做延髓的脑组织区域,延髓这一脑干部分负责呼吸等无意识功能。大脑大静脉   图中蓝色部分显示大脑大静脉血管从大脑抽取血液。大脑大静脉又称为“盖伦静脉”,命名源自古希腊医生盖伦,他发现大脑大静脉的存在。脑半球   这是大脑组织的正中矢状切面,图中清晰呈现出脑下垂体,这是一个被血管包围的圆形结构,仅位于鼻子后面,下丘脑(图中左下方)下方,脑下垂体又被称为“主腺”,可释放出作用于其它腺体的激素。脑干   如图,侧脑室(缓冲腔)和其它结构环绕着脑干。脑干控制着基本躯体功能,例如呼吸和血压。同时,它还是一个重要的中枢:负责在脑组织和躯体之间传递感觉和运动(肌肉活动)信息的神经元从脑干穿过。神经丛   神经丛和动脉交汇在“小脑桥脑角”,这是小脑和脑桥之间的连接点。作为脑干的一部分,脑桥调节小脑和其它脑组织之间的信息传输。在脑部手术中,医生必须非常小心以避免造成神经和血管的损伤。
螺旋星系精美图片 为了庆祝哈勃望远镜发射二十一周年,天文学家公布一对彼此交互的星系,代号为“Arp 273”。因其外形酷似玫瑰花,又被称为玫瑰星系。 科学探索 来源:腾讯科学Arp 273螺旋星系(玫瑰星系)   为了庆祝哈勃望远镜发射二十一周年,天文学家公布一批螺旋星系精美图片,图中代号为“Arp 273”的星系因其外形酷似玫瑰花,又被称为玫瑰星系。“蝌蚪星系”   如图,可能遭受过一次星系碰撞,Galaxy UGC 10214星系正在经历一些猛烈的引力干扰,碰撞后的恒星流看上去像一个尾巴,因此这个星系的绰号是“蝌蚪星系”。螺旋星系NGC 5866侧向轮廓   从哈勃望远镜角度观看螺旋星系NGC 5866,呈现接近侧向轮廓,暗色星系灰尘呈现明亮星系内核的轮廓。神秘螺旋星系   一个无名螺旋星系位于后发星系团深处,其旋臂呈现出复杂结构。阔边帽星系   著名的阔边帽星系是一个侧向螺旋星系,“阔边帽边缘”是密集的尘埃带,使星系的恒星光线变得模糊。M81螺旋星系   M81螺旋星系中年轻、蓝色恒星沿着旋臂结构分布,较古老的红色星团位于星系明亮内核区域。M106螺旋星系   这张独特的M106螺旋星系照片是哈勃望远镜观测图像和天体摄影师罗伯特-吉德勒拍摄照片合成处理的。典型的涡状星系   这是典型的涡状星系与一个邻近星系出现引力交互作用,可呈现非常清晰的旋臂结构。Arp 274螺旋星系   Arp 274的3个星系看上去彼此非常接近,但是天文学家认为它们彼此远离,从观测视角来看仿佛重叠在一起。NGC 2841星系螺旋尘埃带   如图,这是哈勃望远镜拍摄到的NGC 2841星系螺旋尘埃带。
Eris又称厄里斯,是太阳系中最远的一个星体,距太阳约140 天体概述 厄里斯也叫做齐娜,国际天文学联合会依据希腊“不和女神”为其命名为厄里斯。在神话中,厄里斯女神挑起了女神们的不和,爆发了特洛伊战争;在现实中,厄里斯又让科学家围绕行星定义争论不休,最后直接导致冥王星退出行星行列。 基本信息 【中文名称】厄里斯 【天体原名】齐娜 【希腊文名称】Eris 【直径】比冥王星宽大约110公里,它是太阳系中最远的一个星体,距离太阳140亿公里。 【离太阳的距离】距太阳140亿公里。 正式命名 在被命名为希腊神话中的不和女神厄里斯后,其洗礼命名由国际天文学联合会于周三正式宣布。一周前,一群专业天文学家还在为剥夺冥王星的行星地位而进行新的抗争。自去年发现它以来,厄里斯点燃了什么是行星的争论。在如何定义这一天体,科学家意见不一。它的临时数字编号为2003 UB313,还有一个不正式的代号——齐娜,是由它的发现者选的名字。有些人争论说,它应该是第十大行星,因为它比冥王星还大。但其它人觉得冥王星不是一个非常合格的行星。经过激烈争论后,天文学家上个月最后投票将太阳系行星减为8个,并将冥王星归为“矮行星”,此类别还包括厄里斯和小行星谷神星。厄里斯的卫星也被正式命名为希腊神话犯罪女神底斯诺弥亚(Dysnomia)。底斯诺弥亚先前曾叫加布里埃尔。在等待正式命名时,据说布朗及其同事要用齐娜(Xena)来命名它,因为这样叫它是与术语“行星X”相关。“行星X”通常是指神秘的第十大行星。此命名还与电视连续剧《战神公主齐娜》的片名有关。布朗说:“看到齐娜的名字没有了还真有点难过。”在电视剧中,加布里埃尔是齐娜的伙伴。巧合的是,厄里斯也是《战神公主齐娜》中的一个人物的名字D
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