科學(xué)微距

前沿

編者按：《知識(shí)就是力量》雜志創(chuàng)刊60周年以來(lái)，曾經(jīng)報(bào)道過(guò)很多具有前瞻性的科學(xué)暢想，早在20世紀(jì)下半葉，我們就曾刊文報(bào)道“未來(lái)”可能出現(xiàn)的磁懸浮列車的雛形。而今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些科學(xué)暢想已經(jīng)漸漸實(shí)現(xiàn)。這不，2014年9月刊的雜志封面上，我們展示了“植物能充電”的設(shè)想，僅時(shí)隔一年多，這款植物充電器“E-Kaia”就誕生了。讓我們一起來(lái)看看它到底是怎么工作的吧！

? 用植物充電（圖片來(lái)源：Master Service Design）

用植物給手機(jī)充電，可能嗎？

供稿/駐外記者 ?李青

如果你走在路上，忽然想用手機(jī)給朋友打個(gè)電話或發(fā)個(gè)短信，卻發(fā)現(xiàn)手機(jī)沒(méi)電了，該怎么辦呢？其實(shí)，這是很多人都有可能面臨的尷尬情況。目前我們使用的手機(jī)，在正常使用的情況下，待機(jī)時(shí)間一般都不超過(guò)24小時(shí)，所以需要不停地充電。那么，能不能用我們身邊的植物來(lái)解決充電問(wèn)題呢？三位智利的女大學(xué)生為我們打開了一條希望之路。她們經(jīng)過(guò)三年的艱苦努力，終于研制出了一款名叫“E-Kaia”的植物手機(jī)充電器。

E-Kaia便攜式充電器的一頭是USB接口，可以連接手機(jī)充電，另一頭則插入盆栽的土壤中。目前，這個(gè)充電器可以輸出5伏、約600毫安的電流，所以只需等待大約一個(gè)半小時(shí)，充滿電的手機(jī)又能為主人效勞了。

E-Kaia是利用盆栽土壤中游離的電子給手機(jī)充電的。大家都知道，植物是通過(guò)復(fù)雜的光合作用獲得能量。植物體內(nèi)的葉綠素與光、空氣中的二氧化碳還有植物從根部吸收的水分，以及植物周圍的某些微生物一起相互作用，發(fā)生著許許多多的化學(xué)反應(yīng)和生物變化。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，植物體內(nèi)的水分分解出了氧氣，釋放出質(zhì)子和電子。E-Kaia里有一個(gè)生物電路板，通過(guò)電極把植物用不了的電子捕獲并收集起來(lái)，儲(chǔ)備成可以被利用的電能。 因?yàn)槭占碾娮邮侵参锊恍枰?，不?huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生任何不良的影響，因此，E-Kaia是一種非常好的清潔能源產(chǎn)品。

E-Kaia的創(chuàng)造者們還進(jìn)一步計(jì)劃著用植物為耗電量高的計(jì)算機(jī)、電視機(jī)或者緊急照明燈充電，有可能的話，她們希望將來(lái)家用電器的電源問(wèn)題都可以通過(guò)院里的一棵大樹來(lái)輕松解決。

歐洲航天局發(fā)射激光通信衛(wèi)星

? 這顆新通信衛(wèi)星能用激光采集到地球觀測(cè)衛(wèi)星的信息

近日，歐洲航天局在哈薩克斯坦貝康諾太空發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射了一顆通信衛(wèi)星，該衛(wèi)星將使用激光采集地球觀測(cè)衛(wèi)星的信息，并快速發(fā)送至地面上的傳感器。歐洲航天局指出，最新激光通信網(wǎng)絡(luò)即將建立“太空數(shù)據(jù)高速公路”，能夠從地球觀測(cè)衛(wèi)星傳輸圖片和視頻等信息，甚至還可以將國(guó)際空間站的數(shù)據(jù)傳輸至地面，信息傳輸速度能達(dá)到每秒1.8G，該速度是普通家庭網(wǎng)速的90～100倍。

歐洲航天局通信部主管馬加利·瓦西雷（Magali Vaissiere）稱，一些穿越北極區(qū)域的重要航線十分危險(xiǎn)，海面上存在著厚冰，可能損壞過(guò)往的船只，甚至威脅人們的生命。較快的傳輸速度能夠快速響應(yīng)災(zāi)難、污染事件，或者違法捕魚和海盜行為，人們通過(guò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，能夠做出更好的決策。

據(jù)了解，最新發(fā)射的這顆通信衛(wèi)星是“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)（EDRS）”計(jì)劃的一部分，未來(lái)幾年，還將發(fā)射其他幾顆數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星?！皻W洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”是歐洲航天局迄今最偉大的電信項(xiàng)目之一，該系統(tǒng)意味著未來(lái)將建立一個(gè)全新的商業(yè)衛(wèi)星通信渠道。

科學(xué)家首次探測(cè)到了引力波

1991年，麻省理工學(xué)院與加州理工學(xué)院在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的資助下，開始聯(lián)合建設(shè)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO），經(jīng)過(guò)20多年的努力，LIGO于2016年2月11日宣布其探測(cè)到了引力波，該研究證明了引力波的存在，同時(shí)也證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)言的以光速傳播的時(shí)空波動(dòng)。

? LIGO的“兩條腿”都有4000米長(zhǎng)

? 兩個(gè)黑洞所產(chǎn)生的引力波的模擬圖（圖片來(lái)源：NASA）

那么引力波是什么呢？根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，引力起源于質(zhì)量對(duì)空間的扭曲：在任何有質(zhì)量的物體附近，空間的織構(gòu)都會(huì)受到扭曲。但這個(gè)扭曲并不總是發(fā)生在該物體附近。另外，愛(ài)因斯坦意識(shí)到這種空間的彎曲形變可以在宇宙中傳播，就像地震波在地殼里傳播那樣。然而它與地震波不同，其可以在空無(wú)一物的太空中以光的速度傳播。

那么，對(duì)引力波的探測(cè)有何意義呢？引力波探測(cè)除了能夠檢驗(yàn)廣義相對(duì)論之外，還有助于證明其他版本的引力理論正確與否，還將推動(dòng)引力量子化的研究。另外，引力波像其他的波一樣，攜帶著能量和信息，還能夠讓我們回望宇宙大爆炸的最初瞬間，檢驗(yàn)宇宙大爆炸理論的正確與否。

我國(guó)對(duì)引力波的探索也早已啟動(dòng)。從2008年開始，中科院發(fā)起“太極計(jì)劃”工程。另外，由中山大學(xué)牽頭的同樣用于探測(cè)引力波的“天琴計(jì)劃”已啟動(dòng)，并分四個(gè)階段實(shí)施。

數(shù)字

270升

目前，德國(guó)科學(xué)家最新設(shè)計(jì)了一款“飛船”，客艙空間為140平方米，可搭乘100名乘客。這款未來(lái)派的交通工具兼具飛機(jī)、游艇和氣墊船的特征，它可以盤旋在陸地和水面上空，并具有很強(qiáng)的推進(jìn)力。因?yàn)樵凇帮w船”中部，有一個(gè)巨大的風(fēng)扇，能夠形成大量的下沖氣流。

這家德國(guó)公司表示，“飛船”首先可作為海上交通運(yùn)輸工具，也可以作為商業(yè)客機(jī)，甚至還有一些軍事用途，例如執(zhí)行反海盜任務(wù)。在海面上，“飛船”的速度可達(dá)250千米/小時(shí)，比普通的集裝箱船快。另外，與噴氣式客機(jī)相比，“飛船”消耗燃料少，每小時(shí)消耗270升燃油，成本較為低廉。

由于“飛船”既可在空中飛行，也可在水面行駛，因此被認(rèn)為是具有革命性的海面運(yùn)輸工具。

? 具有多種用途的“飛船”

? 大腦的存儲(chǔ)量是非常驚人的

1 千萬(wàn)億字節(jié)

大腦的存儲(chǔ)量一直是人類研究的對(duì)象，而人類大腦的突觸主要負(fù)責(zé)記憶存儲(chǔ)。

近日，美國(guó)索爾克生物學(xué)研究所的科學(xué)家通過(guò)對(duì)人類大腦突觸的存儲(chǔ)容量進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)平均一個(gè)突觸能夠存儲(chǔ)大約4.7比特的信息數(shù)據(jù)。這就意味著人類大腦的信息存儲(chǔ)容量至少為1帕字節(jié)，即1千萬(wàn)億字節(jié)。據(jù)索爾克研究所科學(xué)家湯姆-巴爾托爾介紹說(shuō)：“我們的數(shù)據(jù)表明，突觸的規(guī)模要比此前研究得出的結(jié)論大10倍以上?！痹擁?xiàng)研究負(fù)責(zé)人之一、美國(guó)索爾克生物學(xué)研究所科學(xué)家特里-塞吉諾維茨基也認(rèn)為：“這比此前任何人所想象的數(shù)據(jù)要高出大約一個(gè)數(shù)量級(jí)?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)成果還可以幫助計(jì)算機(jī)科學(xué)家研制超精確又極節(jié)能的計(jì)算機(jī)，尤其是那些采用“深度學(xué)習(xí)”或“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)的計(jì)算機(jī)。塞吉諾維茨基表示：“大腦的這一技能完全可以為未來(lái)更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)指明方向?！?/p>

聲音

“第五顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)未來(lái)北斗系統(tǒng)的全球體制規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面驗(yàn)證，并基本確立北斗系統(tǒng)的全球組網(wǎng)模式，具有里程碑意義。”

——中國(guó)科學(xué)院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新院主任相里斌

2016年2月1日，中國(guó)新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌成功發(fā)射，該衛(wèi)星由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（上海微小衛(wèi)星工程中心），與中國(guó)電子科技集團(tuán)公司等共同研制，是中國(guó)迄今為止發(fā)射的第五顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

據(jù)了解，該衛(wèi)星采用全新導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)，具備支持北斗系統(tǒng)從區(qū)域到全球的平穩(wěn)過(guò)渡的功能，能與前四顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星構(gòu)建星間鏈路，還可自主運(yùn)行以及進(jìn)行空間環(huán)境探測(cè)。值得一提的是，該星采用了一大批中國(guó)自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)成果。據(jù)上海微小衛(wèi)星工程中心應(yīng)用發(fā)展部副部長(zhǎng)李國(guó)通介紹，該衛(wèi)星首次將氫原子鐘作為主用鐘，可以在確保精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，極大提高時(shí)間測(cè)量的穩(wěn)定性。此外，該衛(wèi)星還首次搭載了由上海微系統(tǒng)所研制的超強(qiáng)“中國(guó)芯”，該芯片是高集成度的空間抗輻照專用芯片，應(yīng)用前景巨大。

趣聞

讓死人“開口說(shuō)話”

? 電化學(xué)信號(hào)在腦死亡這個(gè)短暫的時(shí)間仍然存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間，運(yùn)用該技術(shù)就可從死去的人腦中讀出他的“遺言”?

死人要能開口說(shuō)話，是不是挺嚇人的。近日，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局透露了一項(xiàng)可行性研究計(jì)劃，其研究的內(nèi)容就是讓死人“開口說(shuō)話”。當(dāng)然了，這項(xiàng)研究不是讓死人真的開口，而是將死人大腦中的電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，讓大腦與電腦進(jìn)行直接溝通，從尸體的各個(gè)特征來(lái)讀出有用的信息。

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的目的是想讓人腦內(nèi)的化學(xué)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成機(jī)器的二進(jìn)制碼，前期階段是讓士兵擁有超級(jí)大腦，通過(guò)植入芯片就能提升作戰(zhàn)技能。當(dāng)然了，這個(gè)技術(shù)在活人身上可以救死扶傷，治療腦疾患者;在死人身上，我們就可以知道他臨死前大腦中還留著哪些沒(méi)說(shuō)出來(lái)的信息，這對(duì)刑偵、法醫(yī)而言，意義巨大。

入住水下酒店不再是夢(mèng)

你想體驗(yàn)在海水中居住的感覺(jué)嗎？旅游愛(ài)好者或許很快就能實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想。目前，這座夢(mèng)幻般的“水下宮殿”——行星海洋水下酒店已經(jīng)獲得了美國(guó)專利與商標(biāo)局的許可。酒店設(shè)計(jì)者托尼·韋伯正考察酒店選址，馬來(lái)西亞、巴哈馬聯(lián)邦、埃及和美國(guó)夏威夷州都在備選范圍內(nèi)。

據(jù)了解，托尼·韋伯將在清澈湛藍(lán)的海水中打造一個(gè)奢華的酒店，整個(gè)酒店將包含12個(gè)房間。屆時(shí)，入住的客人們可以在8.5米深的水下，以全景的視角欣賞各種令人驚嘆的海洋生物。

在技術(shù)上，這家水下酒店可以歸類為一艘船，因?yàn)樗芾脵C(jī)電推進(jìn)技術(shù)在海水中移動(dòng)。這意味著，當(dāng)遇到颶風(fēng)等惡劣天氣時(shí)，這家酒店能通過(guò)自身的能源前往安全的位置。

目前，托尼·韋伯已經(jīng)選好了一處地點(diǎn)，用于建造一個(gè)測(cè)試用的單體酒店。一旦許可證發(fā)下來(lái)，就可以馬上開工。

? 行星海洋水下酒店（概念圖）

捕蠅草也會(huì)“計(jì)數(shù)”

近日，科學(xué)家最新研究表明，捕蠅草具有“數(shù)學(xué)計(jì)算能力”。那么，捕蠅草到底怎樣計(jì)數(shù)的呢？

? 會(huì)算數(shù)的捕蠅草 ?

德國(guó)維爾茨堡大學(xué)海德里希教授進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)人為增加接觸捕蠅草刺針的次數(shù)，模擬昆蟲落在它的身上，當(dāng)?shù)谝淮谓佑|刺針時(shí)，捕蠅草進(jìn)入陷阱預(yù)備模式，但沒(méi)有將“獵物”封閉起來(lái)。當(dāng)?shù)诙谓佑|刺針時(shí)，捕蠅草的陷阱將關(guān)閉，試圖讓獵物無(wú)法逃離。然而當(dāng)獵物連續(xù)接觸刺針達(dá)到5次以上，捕蠅草便開始制造消化酶，并且運(yùn)輸攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分子。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，捕蠅草的響應(yīng)程度依據(jù)接觸次數(shù)而變化，同時(shí)也與獵物的大小有關(guān)。海德里希教授說(shuō)：“響應(yīng)動(dòng)作的次數(shù)向植物提供潛在信息，例如獵物的大小以及獵物的營(yíng)養(yǎng)成分等。這將為捕蠅草非常好地平衡捕獵的成本與效益?！?/p>

這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)捕蠅草能夠“計(jì)數(shù)”。不過(guò)這只是開始，神奇的大自然還有很多奧秘等著我們?nèi)ヌ綄ぁ?