天文学家告诉我们今天的宇宙仍在不断地膨胀。但人们不禁要问:它会永远膨胀下去吗?宇宙究竟有多大的质量,这些质量所产生的引力能否使膨胀减慢, 甚至宇宙会塌陷成一个密度惊人的火球吗?由于宇宙的质量不能被直接测量,所以许多的宇宙模型还只是一种假想。也许到了2001年天文学家们可能会找到问题的答案。因为1996年4月美国宇航局批准了一项耗资7000万美元的太空探测计划,这项计划是拍摄宇宙大爆炸后留下的背景辐射。第一次观测到宇宙微波背景辐射,是1992年从一个宇宙背景探测卫星(COBE)收集到的数据中获得的。COBE探测到宇宙的辐射背景中有很小的温度起伏,他们认为这种微小的温度起伏是大爆炸后释放的能量,在太空中散逸所产生的效果。在早期的宇宙大爆炸后,高能量的电子和质子的速度逐渐减慢,最后形成原子。在漫无边际的太空中,不同的区域存在着各种状态的物质,它们以各自的方式吸收和辐射能量,这种区域间的差异也会造成背景温度的微小起伏。 COBE的发现显然是重要的,但是它没能提供给天文学家测量宇宙密度的信息。

宇航局计划发射一枚全方位探测器(MAP),它载有当今最先进的电子设备。MAP所能收集的信息量是COBE的100倍。一些地面射电望远镜也在不断地发展和完善,也许这些望远镜也能确定银河系的形成时间,但受到地球大气层的干扰而不适合对宇宙密度进行测量。一旦MAP发送回有关数据,天文学家会用计算机对宇宙密度进行模拟。然后看哪一种模型与实际探测到的情况最接近。用这种计算机模拟得出的宇宙密度,就能使我们判断出宇宙是否有足够大的质量阻止其膨胀。

[胡永旭译自Discover,1996年8月号]

飞往火星的领头羊——火星探路者

1996年12月4日,美国在肯尼迪航天中心发射了一枚空间探测器——《火星探路者》,经过漫长的7个月的航程将到达这颗红色行星——火星。《火星探路者》的发射是在一星期内NASA的德尔塔火箭二次发射推迟后所作的第三次努力。

《火星探路者》的第一次发射则由于佛罗里达上空恶劣的气象条件而被迫推迟,而第二次发射又因为在发射前最后1分钟内计算机突然出现故障而推迟。而这第三次发射可谓完美无瑕:70分钟后,德尔塔火箭的第三级开始点燃,并实施箭星分离。从此《火星探路者》投身于飞往这颗红色行星的漫长轨道中,预计在1997年7月4日抵达火星。

由于火箭第四级发动机的失效而导致独联体的火星-96探测器全功尽弃后,《火星探路者》可谓青云直上。在飞行途中,《火星探路者》将4次修整轨道,并飞越美国在1996年11月发射的火星全球勘测仪(MGS),MGS于1997年9月进入火星轨道。

《火星探路者》带有一辆小型六轮火星车,它将先行探测合适的着落区域。火星探测器将拍摄着落点的情况,测量着落点的地形以及与火星表面间的距离,并且观察火星“地面”的压力情况、温度和大气浓度。

自1976年美国发射2枚《海盗》火星探测器后,《火星探路者》是首次降落在火星上的宇宙飞船。《火星探路昔》的使命是收集目前火星上适合人类生活必要条件的一些数据资料:二氧化碳、氢、氧、氮和磷的含量。

[杜宋瀠译自China Daily,1996年12月5日]

木卫二:生物有生存条件吗?

美国的《伽利略号》宇宙飞船最近从太空发回供科学家研究的新照片,这一飞船正围绕木星运行。美国航空航天局实验室(在加利福尼亚)的科学家声称,《伽利略号》飞船发回的信息资料说明,木星的卫星“木卫二”可能存在生物生存的条件。

木卫二是围绕木星运行的16颗卫星之一,大小和月球差不多,并且覆盖着冰。正在研究这些照片的科学家提出,这种冰可能不会延伸到木卫二的中心部位。相反,这种固体冰可能存在于较温暖水面上,或者在未冻结实的冰面上。因为他们从照片上看到,大冰块相互之间的移动使之距离越来越远。这足以说明,有股强大的力量促使冰分开。科学家认为,木卫二冰块分离的现象,说明了有生物生存的可能。

科学家还看到木卫二上有水爆的迹象,《伽利略号》飞船发回的照片还显示出有和道路相似的暗区,这可能是由水的爆发形成的。水的爆发将岩石从冰下推向表面。科学家认为,水的爆发可能就是一种明证,说明有一种能量能够维持生命。他们不知道这种条件现在是否还继续存在,那就是当冰分开时,木卫二上有某种东西在活动。《伽利略号》飞船发回的其它照片还显示出木星上大风暴“巨型红斑”的详细新情况,大风时速高达400公里。科学家曾设想过这种大风是由雷暴引起的,《伽利略号》飞船上摄像机提供的证据说明,事实正是如此。照片表明,木星“红班”的北面有雷暴。

[陆家训译自“科技新闻”,1996年12月10日]

最早生物体存在痕迹被发现

科学家声称他们已经发现地球上最早生物体的痕迹。这一征据说明35亿年之前地球上就存在生物体。这就意味着,地球这一行星形成之后的大约7亿年生物体已开始出现,比以前所认为的时间提前了大约3. 5亿年。加利福尼亚大学海洋学院的科学家古斯塔夫 · 阿汗尼斯是获得这一发现的科学家小组负责人。小组成员来自澳大利亚、美国和英国。他们在地球上最古老格陵兰地区的岩石中发现了这一痕迹。该小组在岩石中发现了曾在海底生存过的单细胞动物,这只有通过显微镜才能看到。该小组的科学家找到一种方法证明,他们所发现的确实是岩石内一种古代生物体,生物体要利用环境中的碳*而生物体所E的多数碳的种类是碳12。阿汗尼斯和他的小组在这块格陵兰岩石中发现了足够的碳12,可以和生物体联系在一起。但并不是所有的科学家都认为这种痕迹就能说明是古老生物体的证据。不过他们承认这一痕迹是强有力的证据,同时认为,进一步的调查会提供其他证据,说明地球历史上很早就存在生物体。

[陆家训译自“科技报道”,1996年U月27日]

存在子大脑中的生物秒表

音乐家对校准一个音乐的节拍毫不费力,快餐厨师凭着直觉翻转烧烤夹馅饼。为了进一步解释这种定时的能力,研究人员们研究发现,在人的脑区域中表明保持着一种从几秒钟到几小时间所产生的间歇的心理轨迹痕迹。

这一理论的发现引发了另一科学小组发现了患有帕金森氏病征的人,在使用这个所谓的间隔钟时出现障碍。

这个间隔钟不像昼夜节律钟那样人能主动控制的。哥伦比亚大学的约翰 · 吉本(John Gibbon)说:“它更像一个秒表,你可以随意让它停止和开始”。

当给老鼠服用了经选择的对脑区域有破坏作用的药物后,达勒姆郡公爵大学的研究者发现,脑的几个部位都含有这种间隔时钟。

领导这个研究小组的沃伦 · 迈克(Warren Meek)解释道,研究人员在破坏了位于识别基底神经节脑区域的黑质之后,这些老鼠不再能判断出时间间隔了。

黑质含有制造神经递质多巴胺的脑细胞。研究者们发现通过给老鼠服用左旋多巴,能使脑损老鼠自行修补、恢复判断间隔的能力,一种刺激性多巴胺的药物已使用于帕金森氏病患者。

在公爵大学研究小组着重研究了多巴胺对间隔时钟的重要性之后,吉本和他的同事们决定对帕金森氏病征患者进行研究,这是一种综合性多巴胺大脑细胞神秘死亡的一种疾病。

当帕金森氏病患者服用了左旋多巴后,他们能准确地再现被测试训练的8和21秒的间隔。当他们不服用此药时,就不能准确地判断出他们被训练的秒数间隔。

研究人员未确定这个定时缺口是否在病人经历的帕金森氏的征状中一直起着某种作用,吉本和他的同事们计划就类似的问题对其他患有神经性疾病的人进行检测。

[余建青译自Science News,1996年2月17日]

厄尔多斯奖与厄尔多斯国家奖

厄尔多斯奖(Erd?s Prize),是由以色列数学联合会授奖。此奖由保罗 · 厄尔多斯捐赠而于1976年设立的,每年授奖一次,奖励一位取得突出成果的以色列数学家。

The Paul Erd?s National Award,即厄尔多斯国家奖。此奖是由国家数学竞赛世界联盟(World Federation of National Mathematics Competitions),缩写为WFNMC,于1991年设立的用于奖励各国在组织国家级数学竞赛、丰富数学竞赛的活动形式,促进本国数学教育改革等方面发挥了特殊作用并做出突出贡献的数学工作者。这一国际奖每年至多颁发给3人。

1993年,WFNMC主席奥罗兰(P. J. O'Halloran)曾将厄尔多斯国家奖授予我国的裘宗沪先生,这既是他本人的荣誉,又是我国数学界的荣誉。以裘宗沪为首的中国数学会普及工作委员会,通过多年来的努力工作,使我国中小学的数学竞赛形成了多形式、多层次的局面。他们所积极倡导的普及与提高相结合的原则,注重形式的多样化,参赛的大众化,重视课内教学与课外活动的配合等形成了我国数学竞赛活动的诸多特色,我国开展数学竞赛所遵循的培养学生学习数学的兴趣,促进数学教学改革,这种指导思想不仅指导我国参赛选手取得丁历次国际数学奥林匹克的金牌,而且得到了国际数学界的赞誉。

(王忠玉)

气体疗法

我们体内免疫系统的“义务兵”是吞噬细胞,它是一种攻击外来细胞或有机物的白细胞。它们在体内发生作用的标志就是炎症反应,氧化基因是它们的“武器”,而羟化基团则是其中最具威慑力的一种。这种杀伤力极大的分子几乎氧化并摧毁一切它所遇到的有机分子。但正是吞噬细胞的这种选择性的杀伤力使它们也像免疫系统的其它组成单位一样会引起生物体的负效应,因为严重的炎症其本身就是一种疾病,有时,吞噬细胞会被完全误导,以至于使机体的正常组织受到其突然袭击,这时就必须要用药物来治疗了。

现在向公众推荐一种新的抗炎方法——除去吞噬细胞产生的氧化基团。这种方法显然要用到还原剂。所介绍最简单最安全的还原剂就是氢气。氢气能与羟化基团迅速反应,其终产物便只有水。其更大的优点是,它不像常规的消炎药那样含有对哺乳类动物有影响的生化物质或会引起副作用。深海潜水员将它作为供呼吸用的特殊高压气体混合物的安全成分之一。有些人说它具有一种温和而悦人的麻醉功能。人们可以长期不断摄入氢气,而一旦停止,它就主要经呼吸迅速扩散至体外。

由于气体药物很少,所以氢气疗法在如何进行传运上提出了一些新问题。呼吸是解决该问题的一个简单办法,但是这种办法可能很危险——氢气含量大于4%的气体混合物就会引起猛烈的爆炸。如此看来也许以溶液的方式将其缓缓送入体内更好些。

碳酸饮料糖结晶及“跳跳”糖中的大部分CO2就是以溶液方式被消化的。化学家们正在研制一种含压缩氢气的低酒精饮料,甚至一种可以产生氢气的香槟。(所幸的是,氢更易溶于酒精,这样它加强了酒精的麻醉作用)他们还尝试在不同的氢气压下将糖溶化,试图在固体糖中掺入有效数量的氢气。如果他们试验成功的话,该产品将会被制成小片和小丸。同时,这些化学家们也在试验一种能直接敷在炎症患处的氢气青药,这类小型试验的样品中含有锌和盐酸,但他们还在寻找更加温和的产氢化合物。由于氢气在皮肤中,尤其是被酒精擦拭过之处扩散的速度很快,因此能迅速缓解发炎部位的症状。

[周毅译自Nature,1996年10月24日]

氢变金属

化学家和物理学家对金属下有特定的定义,所谓金属,就是一种原子之间的距离很近,周围有一、二个不能配对结合成原子的电子围绕它们自由运动的物质。因此,金属一般都是良导体,因为自由电子可以顺利地通过它;而且金属一般还能反射低于一定频率的光线,这一频率被称为“等离子频率”。

虽然许多金属的硬度很高,反光性能也很好,但并不是所有金属都是如此。能够反射可见光,具有规则的固态结构只不过是金属在正常温度和压力下最常见的存在形式。事实上,金属还有其它存在形式,如水银在常态下是液体,而不是固体。此外,金属也不一定能反光,如果金属的等离子频率低于可见光的频率的话,可见光就可以穿过金属,这种金属看上去就是透明的。据估计,金属氢很可能就是透明的,

正在从事这项研究的三位物理学家比尔 · 内莉、塞缪尔 · 韦尔、亚瑟 · 米契尔,至今还没有机会将他们的“金属氢”放到光线下测试一下。这并不是因为他们太忙,而是因为金属氢存在的时间仅有百万分之一秒。他们将液态氢装在一只体积为5 cm3的容器中,然后以7. 3千米/秒的速度发射一金属粒子来给氢加压。这一粒子产生的冲击波在容器中“撞”来“撞”去,使得容器中的压力越来越大,最后氢就变成了金属。但是金属粒子高速运动产生的压力太大了,结果整个容器爆成碎片,化为灰烬了。值得庆幸的是,就在容器爆裂前的一瞬间,他们已测出了加压后的氢的导电性能,这一导电性能与其它金属的导电性能完全一样、

为了不致使容器爆裂,一些科学家试图选用一些“非暴力”的方法,但收效不大。许多研究小组先把氢冷却至固态,然后再把它放到一种被叫做“钻石钳”的容器中慢慢加压。这种方法似乎是切实可行的,因为有更多的时间去测量加压后的氢的导电性和反射性,从而确定氢是否真的变成金属了,可不幸的是,还没等氢变成金属,“钻石钳”同样承受不了那巨大的压力,全部爆为碎片了。

在劳伦斯实验室工作的研究小组为了避免重蹈覆辙,采用了一种新的实验方法,并且获得了成功。他们设计的新的实验仪器可以承受的压力和“钻石钳”差不多,而月金属粒子产生的冲击波同样可以把氢加热到3000℃左右,这样高的温度可以使电子获得足够的能量挣脱原子的束缚,从而能够导电。

这一点*现在至少在加利福尼亚已得到不少人的相信。不过,康奈尔大学的一位理论物理学家尼尔 · 艾希克沃夫特认为这可能不是电子导电,而且离(离)子(原子失去电子即为离子)在受激荡的液体中结构变得松散的缘故。因此,他认为如果兼用上述两种方法一先把氢放到“钻石钳”中加压,然后再用激光给它加热——可能会得出正确的结果。而其他人则认为,这只能使更多的“钻石钳”爆成碎片。

尽管人们对内莉等人所做的实验有一些疑问,但他们相信有足够的理由来说明其实验是正确的。他们认为如果在新设计的实验中已经获得了金属氢的话,这就意味着氢变金属所需的压力要比他们原来计算的要低(这一压力大约是地球上大气压力的1400万倍),那么将来用金属氢来制造刀是不成问题的。不过这种条件只有在木星和土星上才存在,这两颗行星差不多全是由氢元素构成的。

人们早就相信,在木星内部由于压力很大,所以可能约有一半氢处于金属状态。但如果氢变金属的临界压力低于实验中所显示的压力,那么木星内部金属氢的比例可能要高达3/4。在对木星的观测研究中,对其磁场的测算结果似乎与这一估测是一致的。因此,把木星和土星称为“巨大的气体球”是不恰当的。

文希克洛夫特博士认为,在地球的实验室中制造金属氢似乎毫无实用价值,但实际上它有着十分重要的意义,它可以使许多发现更易于人们理解和接受 :氢原子是现在知道的最简单的一种原子(仅有1个中子和1个电子),如果能把金属氢制造出来,那么关于金属的理论就可以建立在分析简单原子的基础上,从而更通俗易懂。金属氢如在一个合适的温度下会成为超导体,基于同样的道理,它将能更好地阐明超导体的工作原理。

[The Economist,1996年4月13日]