中医学习书籍环球科学精编本微盘扫描资源_电子版书.pdf

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1、 2环球科学 CONTENTS 目录 004 激光武器即将登场 005 为RFID设置防火墙 006 打造围棋 深蓝 007 用脉冲星聆听引力波 008 DNA预测发病率 你能接受吗 009 一心多用的机器耳朵 010 我们身处十维空间 011 下一代DVD上的密码大战 012 外星生命畅想曲 013 探测核材料的 火眼金睛 014 调节油耗标准 提高车辆安全 015 纳米水滴仿制细胞 016 投票与否由遗传决定 017 暗物质不存在吗 018 超音速脉冲爆震发动机 019 时间为什么有箭头 020 失眠会导致精神失常 021 胚胎干细胞过时了 022 抗癌的疾病 023 眼睛检查弊大于利 0

2、24 危险 的导弹防御系统 025 美国削减ILC经费 026 旅行者 号抵达太阳系尽头 027 失踪的宇宙线 028 民间科学家 的万物至理 030 个性化医疗时代来临 031 睡眠改善记忆 032 生命的源头 040 改不掉坏习惯的真相 042 破译记忆密码 050 见钱眼不开 052 免疫系统竟是癌症帮凶 060 眼睛泄露你的心灵 068 鲨鱼的第六感 076 开灯 校准你的生物钟 080 肥胖是健康的吗 082 我们为什么会长胖 092 贪吃也是一种瘾 094 自相矛盾的营养建议 104 你的食物被污染了吗 110 儿童该不该服成人药 116 口袋里的生化实验室 120 试验药物 吃还

3、是不吃 128 一生记不住一张脸 132 为什么写日记能调整心情 134 曼齐内利 我们仍在寻找外星人 136 外星生命就在我们身边 144 危险的含氟牙膏 152 让霍金重新站起来 160 吃出IQ 164 我们为什么会无聊 170 它们能感到同伴的痛苦 176 外星植物的诡异色彩 184 断肢再生 192 亲吻的秘密 196 时间感错位 202 烟瘾 失衡的欲望天平 208 当粒子遇上宇宙 216 中国 嫦娥奔月 220 美国 乘 猎户座 飞船去月球 227 太空时代的5大要务 234 GLAST 观察宇宙的新窗口 242 太空武器和太空战争 250 宇宙学的末日 258 行星生于乱世 2

4、68 还原世界的三维立体显示器 272 用编码终结网络塞车 280 无线光网告别隔墙有耳 286 在集装箱里建造数据中心 290 钻石 量子计算机的心脏 298 强光下的炫丽显示屏 302 人道救援的高科技武器 308 语义网在行动 316 看不见的防伪标志 320 量子计算机的极限 328 当人类从地球上消失 336 证据确凿 是人类活动让地球变暖 346 板块漂移的坐标丢了 3环球科学 352 周光召 开放的科学 开放的创新环境 356 假如核弹降临纽约 360 美国新核弹头冲击波 366 核武器走私防不胜防 372 太阳世纪 382 纳米机器自我供电 388 延续摩尔定律的新材料 396

5、 科学2 0 404 游客困境 博弈论的新麻烦 410 LHC 撞开发现之门 418 粒子物理学革命 蓄势待发 426 ILC 下一代对撞机 432 文字输入告别键盘 434 网球场上的电子裁判 436 期待超越DVD 438 淡化海水 440 地热发电 442 投影仪 影像放大器 444 让汽车自动行驶 446 自动化的保龄球馆 448 电影特效制作 450 节能灯为什么能节能 452 新型人体扫描安检装置 454 网络侦探弥补隐私漏洞 456 爱因斯坦错了 458 驾驭光速 460 生儿子有害 462 生物学史上最著名的张冠李戴 464 人类智慧是煮出来的 466 发现自闭症遗传的秘密 4

6、68 2050 我们和机器人结婚 470 模拟生命 472 追查宇宙 阴暗面 474 有点石成金术吗 475 星巴克的哑巴杯 476 狗咬狗的故事 477 经济人探秘 478 NASA会为一支笔花百万美元吗 479 蟑螂新动员 480 路西法效应 人人都可变成恶魔 481 混乱的植物界 482 危险观点是什么 483 理智的无神论 484 戴头盔会招来汽车吗 485 为什么人们会相信怪异的事情 486 胡萝卜测试 铅笔取出术和机器人排行 487 真正的 硬 科学 488 活着的人比死去的人多吗 489 肮脏英雄泪满襟 490 别错毁了火星计划 491 利润的泪花 492 怪僻与闹鬼 493 人

7、类加速了物种进化 494 肮脏英雄泪满襟 495 未经授权的科学自传 496 苹果与奶酪 497 脑垂体前叶激素之父 李卓皓 498 大师 499 进化经济学 500 拉丁名中的奥秘 501 无穷也有大小之分 502 昨天的预言实现了吗 503 曾经理性的非理性抉择 504 生须便有生理在 505 不同的文化 506 反对方法 507 无处打喷嚏 508 左边危险 右边安全 509 拯救香蕉 510 你只需要半个大脑吗 511 科学家不疯狂 512 大脑像什么 513 你信吗 你买吗 514 十字路口 515 坎农在中国 4环球科学 精编本 环球科学 燃料电池或电池组上之后 一台平均 输出功率

8、超过 100 千瓦的固态激光器 便会拥有近乎 无限 的弹药 利用 这些廉价的 弹药 激光武器可以 在 5 千米 8 千米以外 击毁来袭的 迫击炮 弹片 火箭和导弹 这套系 统还能让敌方的光电及红外线战场探 测设备失效 并让步兵在安全距离以 外执行排雷和引爆炸弹的任务 这种高能设备的核心是增益介 质 一种能够增强激光能量的物 质 在 DVD 播放器和其他消费电子 产品的激光二极管中 半导体层充当 着增益介质的角色 诺斯罗普 格鲁 曼航天技术公司定向能技术及产品负 责人雅姬 吉什 Jackie Gish 解释说 在大型固态激光器中 增益介质是边 长几厘米的立方体 也有长方体 这些增益介质块由坚固的

9、陶瓷材料构 成 比如掺有稀土元素钕 neodymium 的 钇 铝 石 榴 石 yttrium aluminum garnet 通常情况下 增益介质块的 尺寸越大 输出功率也就越大 德事隆系统公司应用技术副主管 约翰 博内斯 John Boness 说 每 个研究团队都采用了不同的方法将多 个增益介质块连接在一起 由此产生 的 激光链 的输出功率可以达到数 十千瓦的水平 工程师们预期 在未 来的一年内 他们就能让这些激光链 有序地依次发射 或者同时发射 让 输出功率达到 100 千瓦 以满足军事 激光应用的入门级要求 尼斯则指出 激光器还要满足其他一些关键性能指 标 比如连续运转时间高于 30

10、0 秒 以 满足多次激光发射的要求 光电转 换系统的能量转换效率不低于 17 最重要的是 光束 质量 必须合格 其实就是聚焦问题 确保有足够的 光子命中目标 加热它的表面 从而 摧毁目标 或使它失效 如果增益介质块产生的激光能够 满足以上要求 它们应用于实战也就 指日可待了 博内斯指出 成功的关 键在于 能否将它们结合成有效的武 器系统 并实现小型化 以便安装在 合适的交通工具上 此外 一台大型 固态激光器还需要一套 1 000 千瓦以 上的可再生电源 外加一套冷却装置 防止增益介质块过热导致光束扭曲 这套武器系统还需要一套光束定 向器来瞄准目标 定向器可能是一面 巨大的可移动镜面 配备了自适

11、应光 学系统或可变形光学元件 以补偿大 气扰动的影响 大气的扰动状态可以 用低能探测激光加以测量 最后 瞄准目标还离不开雷达系统或光学显 示系统的锁定和追踪 实用激光武器的出现 不亚于一 场战争革命 不过在现阶段 我们还 无法将这么多的技术 集成到柯克船 长 Captain Kirk 美国科幻电视剧 星 际迷航 中的角色 的手提式相位枪 phaser 星际迷航 中的一种单人 武器 通过发射一束能量射线来攻击 对方 中 那种小型激光武器暂时仍 无法从科幻迈入现实 译 王昊明 校 虞骏 美国诺斯罗普 格鲁曼航天技术公司的实 验室正在测试固态激光器 如果这种激光器 的输出功率高于100千瓦 它就可以

12、制成激 光武器 帮助步兵击毁来袭的迫击炮弹和火 箭 固态激光器将被部署于战场 在数千米外摧毁来犯的炮弹和导弹 激光武器即将登场 撰文 史蒂文 阿什利 Steven Ashley 激光武器一直是科幻小说中的主 力武器 几年之后 它也许真的会进 入美国的军用武器库 美国好几家国 防军工企业的工程师 已经成功完成 了针对 激光炮 laser cannon 系 统原型关键部件的试验 这种卡车大 小的激光武器适合配备在飞机 军舰 及装甲车上 发射的光束可以在数千 米以外摧毁目标 就算中间隔着灰尘 和烟雾 激光炮仍然能够准确命中 输出功率介于数百到数千千瓦的 激光器 被称为高功率激光器 按照 美国国防部高

13、能激光联合技术办公室 High Energy Laser Joint Technology Office 位于新墨西哥州阿尔伯克基 市 主任马克 尼斯 Mark Neice 的 说法 与传统的击发式武器相比 这 种高功率激光器拥有许多优点 它 们可以提供极为精准的光速打击能 力 而且几乎不会给目标造成他的附 带破坏 过去 人们对激光武器前景的一 次次预测似乎都被证明是过于乐观 了 这让怀疑论者开始嘲笑激光武器 称它们 是属于未来的武器 而且永 远属于未来 不过这一次 激光武 器似乎真的要问世了 尼斯声称 军 工企业正准备向军方交付实战型定向 能武器 directed energy weapon

14、 能 在很小的角度内定向传输能量来打击 遥远目标的武器 激光武器只是其中 一种 它们可以应用于攻击性或防 御性军事任务 过去几年里 在美国空军 陆 军和海军的资助下 美国诺斯罗普 格 鲁 曼 公 司 Northrop Grumman 德 事 隆 公 司 Textron 雷 神 公 司 Raytheon 和劳伦斯利弗莫尔国家实 验室的研究人员 在大型固态激光器 的研究领域成绩斐然 这些激光器直 接依靠电能运转 连接到车载发电机 SA 5环球科学 精编本 环球科学 科学家开发出了一种能够阻止电子设备读取RFID标签的设备 为RFID设置防火墙 撰文 温迪 格罗斯曼 Wendy Grossman 在

15、过去几年里 保护隐私权倡导 者一直对 RFID 无线射频识别 心 存芥蒂 担心这项技术可能会被用来 严密监测个人行为 有些 RFID 标签 显而易见 比如美国东北部高速公 路电子计费系统所用的标签 有些则 相当隐蔽 比如美国护照中夹藏的标 签和英国伦敦地下交通电子卡上的标 签 随着 RFID 标签的广泛应用 也 许不久之后 连垃圾桶中的各种垃圾 都会贴上标签 以方便回收利用 荷兰阿姆斯特丹自由大学的梅拉 妮 里 巴 克 Melanie Rieback 及 其 同事 正致力于开发一种 RFID 防火 墙 希望这种由电池驱动的便携式小 设备 可以为 RFID 提供一种保护隐 私的解决方案 这种设备

16、的设计理念 是 任何人都应该能够看到周围有哪 些 RFID 标签 了解这些标签属于谁 并能有选择性地阻止某些设备读取标 签中的信息 这样一来 你就可以只 让安检设备读取护照中的 RFID 芯片 信息 而不用担心其他设备 偷窥 你的隐私 尽管 RFID 标签的尺寸各异 有些大如明信片 有些小如米粒 但 它们都拥有内置的天线 逻辑电路和 存储电路 被动型标签只有在读取设 备查询时才会获得能量 它们的有效 读取距离约为 30 厘米 主动型标签 则配备了板载电池 有效读取距离可 达 90 米以上 如果多个标签同时对 查询请求进行应答 就会导致信息冲 突 为了避免这种情形 所有的标签 都有预防冲突的功能

17、 2005 年 美国马萨诸塞州贝德福 德市 RSA 实验室首席科学家阿里 尤 尔斯 Ari Juels 发表了一篇文章 仔 细研究了 RFID 的预防冲突协议 为 保护 RFID 标签中的隐私信息奠定了 理论基础 他提出的解决方法是 制 造并安置一类特殊的标签 它们对 所有的读取请求进行应答 从而让读 取设备无法确定周围存在哪些标签 里巴克认为这个方法非常聪明 不过也存在缺陷 第一个问题是 尤 尔斯提出的特殊标签无法自主供电 所以对读取设备的应答会存在一些死 角 另外 标签的存储容量极小 无 法存储足够的信息 让用户设置何时 应答 或者对哪些查询进行应答 如 果这种特殊标签被大范围安置的话 对

18、所有标签进行定位和升级也会非常 困难 里巴克认为 由电池供电的设备 不会受到上述限制 并且具有扫描周 围标签的能力 还能管理保密通讯协 议 过去两年来 她带领着自己的研 究小组 成功研制出这样的反标签设 备 并已升级到了第三代产品 他们 RFID防火墙能够阻止电子设备读取RFID标 签 保护护照中储存的个人信息不被窃取 希望制造足够多的反标签设备提供给 其他研究小组和公司 请他们帮助改 良技术 提高商业化程度 此外 她 的研究小组还准备制定开源协议 将 该设备的软硬件设计公之于众 任何 人都可以对它进行改进 里巴克说 最终的理想版本是 我们把所有功能都集中到一块芯片上 完成 她认为 一旦实现了

19、上述目标 这些功能就可以集成到 PDA 或手机 中 通过软件进行配置 并将结果显 示在屏幕上 把隐私信息牢牢地掌 握在自己手中 译 陈家乾 校 虞骏 SA 位于美国马萨诸塞州伍斯特市的先进细胞技术公司 Advanced Cell Technology 经过长达几年对培养基配方的改进 终于能够大量培养成血管干细胞 hemangioblast 了 这种细胞是人类胚胎干细胞的一种 可以在实验室的培养皿中发育成类似于造 血干细胞和血管的组织 研究小组将这些细胞注入啮齿类动物体内 注射的位置则 是因糖尿病或其他损伤导致血液流动受阻的部位 实验发现 成血管干细胞在血管 创伤处被激活 使得心脏受损的小鼠中

20、接受细胞注射的小鼠存活率几乎是对照组 小鼠的两倍 2007 年 5 月 7 日 这份报告被发表在 自然 方法学 网络版上 译 刘旸 校 虞骏 撰文 JR 明克尔 JR Minkel 干细胞修复血管 SA 6环球科学 精编本 环球科学 12 年前 IBM 公司研制的超级 计算机 深蓝 Deep Blue 在 6 局 比赛中击败了国际象棋世界冠军加 里 卡 斯 帕 罗 夫 Garry Kasparov 这个里程碑式的事件终结了人类在又 一个智力策略游戏上的统治地位 只 有亚洲的围棋仿佛是计算机科学的 阿喀琉斯之踵 人类总是能够轻松 击败计算机 但最近出现的一种新的 围棋算法 却能战胜高水平的棋手

21、围棋的复杂度高 且极具欺骗性 对计算机程序提出了巨大的挑战 围 棋的棋盘由两组数量相同 互相正交 的平行线构成 分为 9 线小棋盘与 19 线大棋盘两种 对弈双方分执黑白两 色棋子 通过在棋盘的交叉点上落子 棋手要尽可能扩张自己的领地并包围 对方棋子 在大棋盘的对弈中 每一 步可采取的策略数量都非常巨大 对 局中期 平均每一步能采取 200 种不 同的策略 相比而言 国际象棋中每 一步数十种的可选策略就显得微不足 道了 此外 还要考虑数量众多的后 续策略 由于棋盘上每个位置都对应 着三种状态 黑子占据 白子占据和 空位 N 个位置便可构成 3N种不同的 状态 如果考虑规则约束 小棋盘大 约有

22、1038种不同的状态 大棋盘的状 态数量则达到了惊人的 10170种 其他 一些因素也会影响比赛胜负 棋盘上 棋子的数量优势并不能确保胜利 棋 手必须在考虑局部形式的同时 兼顾 全局 为了处理如此众多的可能情况 人工智能专家已经设计出一些算法 来限制搜索的范围 但它们都无法在 大棋盘的比赛中战胜实力稍强的人类 棋手 去年秋季 两位匈牙利研究 人员报告了一种新算法 它的胜率 比现有最佳算法提高了 5 能够在 小棋盘的比赛中与人类职业棋手抗 衡 这种被称为 UCT 的算法 是匈 牙利国家科学院计算机与自动化研究 所 位于布达佩斯 的列文特 科奇 什 Levente Kocsis 与加拿大阿尔伯 塔

23、大学 University of Alberta 位于埃 德蒙顿 的乔鲍 塞派什瓦里 Csaba Szepesv ri 合作提出的 是著名的蒙 特卡罗方法 Monte Carlo method 的 扩展应用 20 世纪 70 年代 蒙特卡罗方法 首次运用于围棋程序 这种方法的作 用类似于选举投票 用统计采样的方 式 预测大规模群体的表现与特质 围棋程序会随机出招 模拟大量的比 赛 对候选走法加以评估并排序 然 而 每一步都采用评估值最高的走法 并不能保证获得比赛的胜利 相反 这种方法仅仅是限制了搜索的范围 UCT 扩展了蒙特卡罗方法 集中 关注那些最有希望赢得比赛的走法 科奇什说 UCT 的主

24、要思想是对走 法进行选择性采样 他解释说 这 种算法必须达到一种平衡 既要尝试 当前的最佳走法 发现其中可能隐藏 的昏招 还要搜索 当前并非最佳的 走法 以确保不会因为先前的估计错 误而错失妙招 UCT 为每一种走法计算一个索引 值 然后按照索引值最高的走法出招 索引值由采用该走法后最终取胜的概 率 即胜率 决定 该走法被计算却 未被采用的次数也对索引值有一定的 影响 UCT 会在内存中维护一棵 决 策树 用来记录每一种走法的统计 数据 如果遇到一种先前从未计算过 的走法 算法就会将它纳入决策树 并随机出招完成余下的比赛 判定随机比赛的胜负后 UCT 就 会更新比赛中采用过的所有走法的统 计数

25、据 如果该走法的索引值等于它 的胜率 算法就能快速选定这招最有 希望获胜的策略 但开局时走出妙招 仍然无法确保比赛的最终胜利 所以 在选择走法时 UCT 会增大计算次数 少的候选走法的权值 以使胜率的总 体分布趋向平坦 法国南巴黎大学的数学家西尔 万 热利 Sylvain Gelly 与巴黎技术 学校的王毅早 Yizao Wang 音译 将 UCT 集成到一个他们称之为 MoGo 的程序中 该程序的胜率竟然比先 前最先进的蒙特卡罗扩展算法几乎高 出了一倍 今年春季 MoGo 在小棋 盘的比赛中击败了实力强劲的业余棋 手 在大棋盘比赛中也击败了实力稍 弱的职业棋手 充分展示了能力 热 利认为 U

26、CT 易于实现 并有进一步 完善的空间 科奇什预言 10 年以后 计算机就能攻克最后的壁垒 终结人 类职业棋手对围棋的统治 译 陈家乾 校 虞骏 新的围棋算法将挑战人类智力 打造围棋 深蓝 撰文 卡伦 A 弗兰克尔 Karlen A Frankel 进军围棋 人类仍然统治着围棋领域 但 一种新的算法已经能够击败实力强劲的人类 棋手 SA 7环球科学 精编本 环球科学 脉冲星 引力波 脉冲 如果有一对黑洞将要撞击地球 那么你会听到它们悄然逼近的声音 当然 你聆听到的不是声波 而是引 力波 因为声波在真空中无法传播 当黑洞靠近时 引力波会 挤压 你 的内耳骨 产生类似照相机闪光灯充 电时发出的咝咝

27、声 尽管天文学家们 认为引力波无时无刻不在我们体内回 响 但是在正常情况下 引力波是听 不到的 引力波在广袤的宇宙中经过 长途跋涉 抵达我们时强度已被削弱 骨头或其他物体受到引力波 挤压 而造成的长度改变 可能还不到一个 质子的宽度 为了能听到引力波 就需要一个 超灵敏的 麦克风 比如激光干涉 引力波天文台 LIGO 它由两架激 光干涉仪组成 分别位于美国华盛顿 州和路易斯安那州 专门用来寻找由 引力波造成的仪器长度的振荡变化 但是 还有其他方式可以用来探测这 一长度振荡 而且新的研究表明 其 中一项技术甚至能检验爱因斯坦广义 相对论中有关引力的理论是否正确 这一技术要使用脉冲星 它发出 脉冲

28、的周期犹如原子钟一般精准 如 果引力波从我们和脉冲星之间穿过 它会拉长或者缩短脉冲星发出的脉冲 之间的距离 因此脉冲振荡看上去就 被加速或者减速了 美国得克萨斯大 学布朗斯威尔分校引力波天文学中心 的天体物理学家李柯伽 Kejia Lee 说 我们可以进行计时观测 而引力波 会改变脉冲的到达时间 与过去用 脉冲星探测引力波不同 这一技术可 以探测引力波的直接效应 黑洞并合或者宇宙早期过程发出 的引力波 会改变脉冲星计时观测 的结果 影响程度为一千万亿分之 一 相当于十年偏差一微秒 频率 大于每年一次的振荡 会埋没在噪声 信号之中 无法被探测 而 LIGO 正 好相反 因为地震活动 它无法观测

29、到低频的振荡 这样一来 两种技术 正好完美地互补 为了从噪声信号中分离出真实的 计时观测振荡 天文学家们比对了许 多脉冲星 按照广义相对论 引力波 振动的方向垂直于它传播的方向 它 会在某一个方向上拉伸物体 同时又 在与之垂直的另一个方向上压缩物 体 这会使得一颗脉冲星的振荡减速 而使另一颗与它成 90 度的脉冲星振 荡加速 噪声信号却不会有这样的效 果 李 柯 伽 与 他 的 同 事 弗 里 德 里 克 耶 内 特 Fredrick Jenet 和 理 查 德 普赖斯 Richard Price 合作 正 在把这一技术拓展到广义相对论以外 的引力理论上 这些理论预言物体 可以在各个方向上同时

30、被拉伸或者压 缩 甚至在引力波传播的方向上也不 例外 脉冲星是测量这一反常振荡唯 一可行的途径 这些反常的振荡在量 子引力理论中代表了不同类型的粒 子 美国弗兰克林和马歇尔大学的另 一位脉冲星计时专家安德烈亚 洛 门 Andrea Lommen 说 幸好有人 愿意考虑非广义相对论的引力波 这 实在太重要了 不过 这项技术还没得到证实 该小组还没有计算出相对论以外的其 他引力波振荡模式的强度 也没有找 出区分这些模式组合的办法 澳大利 亚的帕克射电望远镜从 2004 年起每 两周就对 20 颗脉冲星监测一次 目 前还没有发现任何引力波 既没有 爱因斯坦的引力波 也没有其他引力 理论的引力波 这并

31、不奇怪 三年时 间的确太短了 LIGO 也还没有探测 到任何引力波 希望不要等到黑洞和 地球相撞的那一天 我们才能证明爱 因斯坦没有错 译 谢懿 校 小月 脉冲星为我们提供了另一条探测引力波的途径 用脉冲星聆听引力波 撰文 乔治 马瑟 George Musser 穿过脉冲星信号传播路径的引力波 会改变脉冲之间的距离 从而改变脉冲星计时观测的 结果 改变的幅度相当于十年偏差一微秒 SA 8环球科学 精编本 环球科学 基因类型之后 他们会不会积极开展 健身计划 或者改变生活习惯 上万名 25 岁 40 岁之间的人会 收到邀请函 邀请他们筛查大约 15 个基因变异 这些变异会提高一些常 见疾病 包括

32、 型糖尿病 冠状动脉 病症 骨质疏松 肺癌 结肠癌和黑 色素瘤等 的患病风险 NHGRI 社会与行为研究部主任 该调查计划的首席调查员科琳 M 麦 克 布 赖 德 Colleen M McBride 指 出 截至 2007 年 6 月中旬 有 70 多 人签字表示愿意接受检测 约占第一 批受邀者人数的 20 她说 这跟 我们预想的结果差不多 这些都是健 康的年轻人 他们是预防疾病的最 佳目标人群 但让他们接受检测却很 困难 她的目标是 到明年 接受 检测的人数可以达到 1 000 另 一 项 更 大 的 调 查 项 目 的 首 席调查员凯瑟琳 谢弗 Catherine Schaeffer 说

33、我认为 NHGRI 的调 查很有价值 谢弗主持的调查项目 正在美国加利福尼亚州的健康维护组 织 凯泽永久 Kaiser Permanente 的 350 万名成员中募集参与者 她正 在收集 DNA 样本和其他健康信息 希望找到与疾病发病风险或防护相关 的新的基因变异 理解哪怕最不起眼 的遗传因素对复杂疾病产生的影响 都具有极其重要的意义 但如何向潜 在的参与者解释这种重要性 解释遗 传因素导致疾病发作的具体方式 成 了这个调查小组遇到的一大难题 谢 弗说 就算是大家最熟悉的致病变异 对复杂疾病发病风险的影响 也相当 温和 很难向公众解释清楚 因此 了 基因检测可以预言未来的发病风险 但是公众能

34、够接受这种 不确定 的预言吗 DNA预测发病率 你能接受吗 撰文 克里斯廷 索亚雷斯 Christine Soares 有机会预知未来 至少了解一种 未来的可能性 永远是最诱人的幻 想 不过 如果现实中真有这种机会 你愿意尝试一下吗 如果你不喜欢自 己看到的未来 又会作多大的努力 来改变它呢 在花费了近 20 年的时 间 对人类 DNA 进行读取 绘图和 分析之后 美国国家人类基因组研究 所 National Human Genome Research Institute 缩写为 NHGRI 的科学家 认为 个人遗传信息已经基本可以为 消费者提供健康规划服务了 该研究 所正在开展一项大规模调查

35、 以评估 消费者是否已准备好接受这些信息 这项为期一年的初步调查将涉及 上千名研究对象 调查人员会根据基 因变异的筛查结果 为每个人提供一 张个人遗传报告卡 反映他患上各类 主要疾病的风险 调查人员想知道哪 些人会接受这张卡片 接受的原因是 什么 对卡片上的检测结果又会作何 反应 调查人员还希望了解医务人员 向大众传达遗传风险信息的最佳方式 劳伦斯 布罗迪 Lawrence Brody 是 NHGRI 基因组技术部的高级研究 员 2007 年 5 月初 他在美国华盛顿 特区宣布这项调查计划时说 我们 最想知道的是 人们是否理解这项 测试 因为让公众接受遗传信息的建 议是很困难的 我们还想知道

36、人们 是否认为测试结果有用 他们对此的 态度如何 调查人员正在从美国底特律地区 的一家健康维护组织 亨利福特卫 生系统 Henry Ford Health System 的 成员中招募研究对象 他们将对研究 对象进行跟踪调查 考察了解自己的 解人们对于复杂遗传信息的反应 非 常重要 实际上 麦克布赖德本人 也对个人基因组准备好为消费者提供 服务持怀疑态度 这也是 NHGRI 推 动公众调查计划的原因之一 在此之前 遗传测试大部分局限 于单基因疾病 如亨廷顿病或囊性纤 维性变 cystic fibrosis 在这类疾病 中 基因变异与相应疾病之间的关系 是清楚而确定的 相反 像糖尿病之 类的疾病

37、 可能在不同的方面或不同 的阶段 涉及成百上千个基因的活性 而且饮食和环境因素可能与遗传因素 相互作用 因此 我们也许可以在统 计学上弄清楚 一个变异的基因会让 某人的糖尿病患病风险增加多少 但 这个基因如何发挥具体作用 我们还 知之甚少 布罗迪解释说 过去 我们已 经说服了公众 让他们对遗传学的重 要性和明确性深信不疑 现在 我们 不得不后退一步 让他们理解基因预 测的发病率并非不可更改的宿命 这项调查研究涉及的所有疾病都 是可以预防的 因此参与者可以自行 决定要不要重视他们拿到的检测结 果 NHGRI 主管弗朗西斯 柯林斯 Francis Collins 在公布这项调查计 划时指出 对未来

38、患病风险的预测目 前主要依赖于已经出现的征兆 比如 高血压或脊髓变性等 此时疾病实际 上已经发作 他说 遗传检测 有能 力把预测疾病的时间表大大提前 让 你有机会抢在疾病发生之前就采取相 应的预防措施 译 贾明月 2006 年第 11 期 译 文擂台 优秀译者 校 虞骏 SA 9环球科学 精编本 环球科学 新问世的机器听觉系统能够同时理解多人说话 一心多用的机器耳朵 撰文 蒂姆 霍尔尼亚克 Tim Hornyak 日本的圣德太子 Prince Shotoku 是公元 7 世纪的著名政治家 是日本 第一部宪法的制定者 据说他拥有同 时倾听多人说话的能力 能一次听取 10 位请愿者的陈述 马上作出

39、裁决或 提出意见 日本研究人员从圣德太子的传奇 故事中得到启发 花了 5 年时间 开 发出一套能够同时理解多人说话 并 作出响应的类人机器人系统 他们为 机器人设置了一个饭店场景 让它在 那里充当服务生的角色 如果有 3 个 人出现在它的面前 并同时点菜 比 如炸猪排或法式正餐 机器人听懂菜 名后 重复一次 并报出总价 正确 率在 70 左右 这个过程耗时不超过 2 秒 更重要的是 机器人不需要事 先针对特定语音进行训练 这样的听觉能力涉及人工智能领 域中的一个基本难题 如何教会机 器从嘈杂的环境中挑出重要的声音 这就是人们常说的 鸡尾酒会效应 cocktail party effect 指的

40、是声学中 人耳的掩蔽效应 在鸡尾酒会嘈杂 的人群中 如果两人交谈 他们耳中 听到的都会是对方的说话声 周围的 各种噪声被自动掩盖掉了 大多数 机器在这方面的表现 并不比一个灌 了不少马提尼酒的醉汉强多少 作为 这一语音识别研究小组的负责人和这 一领域的先行者 日本京都大学的奥 乃博 Hiroshi G Okuno 表示 对 于一个机器人来说 在嘈杂的环境中 识别出说话的人 是一件非常困难的 事情 回音 杂音和其他信号干扰 都会带来识别困难 确实 能够用简单的自然语言直 接和机器交流 从阿兰 图灵时代开始 就一直是人类的梦想 但直到今天 这一梦想仍然离普通用户十分遥远 微软公司去年在现场演示 W

41、indows Vista 的语音识别功能时 就闹了一个 笑话 语音识别软件把简单的问候语 Dear Mom 亲爱的妈妈 处理成了 不知所云的 Dear Aunt let s set so double the killer delete select all 一大 堆单词堆砌在一起 谁也不知道 Vista 在说些什么 相比之下 奥乃博的系统可算异 常精准 而且说话的人不需要佩戴耳 麦 因为麦克风已经嵌入了机器人体 内 被奥乃博称为 机器监听 的程 序会执行所谓的听觉场景计算分析 结合数字信号处理和统计方法 先定 位声源 再用计算过滤器将不同的声 音分离开来 下一步 特征缺失掩 码的自动生成 才

42、是真正的关键 这 一强大的技术能在系统专注于某一特 定的说话者时 将它认定的其他不可 靠的声音信号 比如周围的闲谈 屏 蔽掉 然后 系统会将处理之后的信 息 与一个内置的语音数据库进行比 对 该数据库中储存着 5 000 万条日 语单词发音 能够确定说话者说的是 哪些单词 如果回放每个说话者经过 过滤的声音 我们就会发现 中间只 会听到极少数其他人的声音 这些技术合在一起 就制成了这 套适应能力较强的机器人倾听系统 与其他类似的系统相比 这套系统的 能力更接近于人脑的听觉能力 奥乃 博表示 它也许能同时处理多达 6 个 人的声音 具体人数取决于他们的相 对位置和麦克风的数量 目前是8个 此外

43、机器人还可以移动并面向说话 者 从而提高听觉处理性能 美国哥伦比亚大学语言与声音识 别重构实验室的负责人丹 埃利斯 Dan Ellis 评价说 奥乃博的机器 人听觉项目 把多麦克风声源定位的 最佳方法 和强大的缺失特征语音识 别技术很好地结合在一起 因此在理 解重叠语音方面表现得非常出色 致 力于解决真实世界中遇到的所有实际 问题 探索能让机器和人类在真实环 境中交谈沟通的技术 这才是奥乃博 的研究工作高于其他类似研究的原因 所在 除了给快餐店打工以外 奥乃博 的机器人还可以改造成具有降噪功能 的人工耳蜗 hearing prosthesis 奥 乃博认为 这样的设备可以与先进的 自动复述系统

44、结合起来 这一点非常 重要 因为听力障碍的人通常对谈话 内容的上下文相当依赖 奥乃博本人 因为常年用耳机听音乐 而且声音开 得很大 损害了听力 如果不借助听 力辅助设备 基本上就是个聋子 他 开玩笑说 目前类人机器人的听觉 能力跟我差不多 奥乃博希望 这一技术能有更广 泛的应用 他预测说 在不久的将来 许多家电都会拥有内置的麦克风 它们能做的事情肯定不仅仅是问你想 吃什么这么简单 译 宋彦 2007 年第 5 期 译 文擂台 优秀译者 校 虞骏 奥乃博与他的机器人R2和SIG2 这些机器 人可以同时听懂多个人的谈话 SA 10环球科学 精编本 环球科学 一项中微子实验的最新结果 竟然与十维空间

45、的理论预言十分吻合 我们身处十维空间 撰文 马克 阿尔珀特 Mark Alpert 中微子 neutrino 可算是粒子物 理中的一个异类 既不带电荷 也 很少与其他粒子相互作用 它们可 以分为三类 电子中微子 中 微子和 中微子 而且在传播过程 中 会疯狂地在不同类的中微子之间 振荡变换 过去 5 年来 美国费米 国家加速器实验室 Fermi National Accelerator Laboratory 位于伊利诺伊 州巴特维亚市 的研究人员 一直在 向 MiniBooNE 探测器发射 中微子 束 看看到底有多少粒子在飞行途中 转变成了电子中微子 MiniBooNE 探测器是一个巨大的球形

46、水箱 里面 装满了 800 吨矿物油 用来探测电子 中微子 2007 年 4 月 研究人员公 布了首批结果 基本上与粒子物理标 准模型吻合 不过 数据中也存在一 个无法解释的异常现象 它或许打 开了一扇通向更奇异物理世界的大 门 科学家推测 导致这一异常现象 的原因在于 世界上还存在另一种全 新的中微子 它能穿越弦理论 string theory 所预言的额外维度 走出一 条捷径 科学家开展此项研究的动机 源 于美国洛斯阿拉莫斯国家实验室在 20 世纪 90 年代进行的一项实验 在那 项实验中 科学家找到了第四类中微 子 惰性中微子 sterile neutrino 存 在的证据 这种假定存在

47、的粒子比其 他三类普通中微子更加诡异 因为它 不像其他中微子那样受到弱核力的作 用 只能通过引力与其他物质发生相 互作用 惰性中微子的存在将直接挑 战粒子物理标准模型的正确性 因此 研究人员迫切渴望实施另一项类似的 实验 来证实或者推翻这一发现 不过 MiniBooNE 实验的结果却是一个大杂 烩 对于能量范围介于 4 75 亿到 30 亿 电子伏特的中微子而言 发生中微子 振荡的数目与标准模型的预言精确吻 合 而在能量较低的区域 研究人员 发现电子中微子的数目明显偏多 更奇怪的是 三位物理学家已经 预料到了这一结果 他们的研究工作 是弦理论的副产品 弦理论确信 至 少需要 10 个维度才能建

48、立一个理论框 架 让引力与量子力学相互兼容 为 了解释为什么我们无法感知到额外的 维度 弦理论科学家假定 宇宙中所 有的普通粒子也许都被局限在一个四 维的膜宇宙 brane 中 而膜宇宙又 飘浮在一个更高维度的体宇宙 bulk 里 就像一片巨大的捕蝇纸悬浮在空 中一样 不过几种特殊的粒子可以从 膜空间中穿入穿出 其中最出众的就 是引力子 graviton 传播引力的粒 子 和惰性中微子 2005 年 美国阿 拉巴马大学的海因里希 帕斯 Heinrich Pas 夏威夷大学的桑迪普 帕克瓦 萨 Sandip Pakvasa 和范德比特大学 的托马斯 J 魏勒 Thomas J Weiler 提出

49、 如果膜空间是弯曲的 或者在 微观上受到了扭曲 惰性中微子就会 从体空间中的捷径中穿过 这些捷径 可以影响中微子振荡 在特定的能量 范围内增强某一种转变的发生几率 MiniBooNE 的 实 验 结 果 与 帕 斯 帕克瓦萨和魏勒的预言十分接 近 一些参与实验的研究人员因为两 者如此相似而震惊 甚至给三位理论 物理学家发去了电子邮件表示祝贺 MiniBooNE 小组的新闻发言人比尔 路 易斯 Bill Louis 在邮件中写道 你 们的模型看上去与我们在低能端观察 到的电子中微子数量偏多现象十分吻 合 这确实令人吃惊 科学家此前 从未在实验中找到过弦理论的证据 因此证实额外维度的存在确实是件了

50、 不起的突破 也有物理学家谨慎地指出 这种 相似性也许不过是一场离奇的巧合 MiniBooNE 的研究人员正在重新审视 他们的结果 以确定背景效应或分析 失误会不会影响他们对电子中微子的 计数 与此同时 帕斯和他的同事也 在进一步修正他们的理论 帕斯承认 我们的理论粗看上去有一点投机取 巧 不过我认为 仔细探讨一种可能 的解释 看看它能否被证实 这也是 绝对必要的 译 Steed 校 虞骏 一位研究人员正在检查光电倍增管 MiniBooNE探测器就是用这种光电倍增管 来探测中微 子与其他粒子发生相互作用时发出的闪光的 SA 11环球科学 精编本 环球科学 DVD时代围绕加密和解密展开的黑客大战