2016年2月29日 星期一

a brain stimulation patch can significantly reduce symptoms in people with PTSD


A new study at UCLA has found that a brain stimulation patch, worn on the forehead while the patient sleeps, can significantly reduce symptoms in people with PTSD. Watch:

2016年2月24日 星期三

Physically unclonable cryptographic primitives using self-assembled carbon nanotubes

全球最大半導體生產商英特爾(Intel)創辦人之一摩爾(Gordon E. Moore),曾在1965年的文章中描述一個現象︰積體電路(或者說中央處理器)中的電晶體數量,每24個月便會翻倍。後來這個現象被稱為「摩爾定律」,更成為半導體工業的指標,定律維持了足足50年。
其中一個原因,是隨着技術發展,電晶體變得越來越小,造價也相應下降,使廠商能把更多電晶體放進中央處理器內。但當電晶體縮小時,現時使用的矽電晶體也快將遇到瓶頸位,無快把體積進一步下降。 

納米碳管

納米碳管(Carbon Nanotube)是一種管狀的碳分子,直徑可以小至1納米(10−9米),並且有很多罕有的特性,因此潛在應用價值甚高。例如在半導體工業中,納米碳管可取代矽用來製作電晶體,以解決電力損耗等縮小製程時會遇到的問題。
Image Credit: von Schwarzm, GNU FDL
Image Credit: von Schwarzm, GNU FDL
與此同時,納米碳管電晶體的製作過程有兩個問題︰導電及半導電的納米碳管會隨機地混在一起,而且難以精確控制其位置。但一個主要來自IBM的研究小組,把納米碳管這個特性轉化成加密上的優勢,製作出難以破解的加密裝置。 

生產「亂數」來加密

首先,這些科學家製作了一個裝置,把隨機混在一起的納米碳管轉化成數字,這個數字可以用作加密中必須的密匙。實驗中使用的裝置可以理解成有2560個「閘」,而納米碳管會隨機把這些閘「打開」或「關上」——研究人員可以調校整體的開關比率,但不能控制每個「閘」的狀態。
而每個打開或關上的「閘」均對應着「0」或「1」,從而轉化成一個2560位元長的亂數。更特別的是,由於納米碳管還有導電及半導電的狀態,實際上科學家可以把結果轉化成由「0」、「1」及「2」組成的字串——比起常用的二進制,使用三進制能製作更長的密匙。
然後研究小組把2560位元的數字分成40部份,每部份是個64位元的密匙。在99.7%的情況下,當中兩個密匙均有最少一半的位元有別。小組透過統計分析,確認每串數字中任何位元跟附近的位元並沒有任何關係,這40串數字亦通過美國國家標準技術研究所(NIST)的隨機性測試。
換言之,這方法產生的數字沒有任何可猜測的規律,適合用作加密的密匙。 

無法偷窺的系統

一個好的加密系統,除了密匙需要隨機生成,以免被人猜中之外,還需要避免密匙外洩。即使把全個硬碟加密,黑客仍有可能透過取得記憶體來獲得密匙(稱為cold boot attack),極重要的電腦系統還需要預防這類攻擊。
上述納米碳管裝置的另一好處,就是能避免被黑客複製系統狀態,從而阻止別人窺探密匙。由於納米碳管會隨機分佈,其狀態無法重現,要取得裝置上的密匙,必須拍下裝置的高解像度照片,例如使用電子顯微鏡。但這個過程會破壞納米碳管的分佈,仍然無法得悉其狀態,也就無法取得密匙。
論文最後指出,實驗結果顯示納米碳管有望用來製作廉價並難以偽冒的加密裝置,成為未來加密系統的新配件。雖然目前一切言之尚早,在加密技術越來越重要的時代,可以預計這類新式加密裝置未來將會進入各種電子產品。 

 A New Mouse Design - NHK WORLD


A Japanese company has done a bit of thinking on its feet to come up with a new design for the humble computer mouse.
WWW3.NHK.OR.JP|由 NHK (JAPAN BROADCASTING CORPORATION) 上傳
A Japanese company has done a bit of thinking on its feet to come up with a new design for the humble computer mouse.
In our online world, completing a job is just a click away. But for some, using a mouse at work can be impossible.
Takeshi Aramaki is a doctor who treats cancer patients. He needs to keep his hands free during medical procedure. So he wanted a special foot-operated mouse to check CT scans while his hands control a catheter.
"I can find the images I need instantly, so it's less stressful," Aramaki says.
The foot-mouse he uses was developed by this machine-design firm in Mishima, central Japan. Hideaki Nagashima worked in the manufacturing industry before he set up the company, called Be Alive, 8 years ago. He has developed more than 200 products to fill a wide range of needs.
"We specialize in making equipment that helps people perform tasks that are tough," says Nagashima, the firm's president.
He has been working on an upgrade to the foot mouse, and says refining the controls was the hardest part.
A wrong kick could easily send it too far. By redesigning the space between the balls and their housing, the movement can be reduced significantly.
Nagashima also reworked the left-click button. He made it easier to click by moving it to the middle.
He believes the new model could prove useful for people with disabilities, too.
Students at Shizuoka Nanbu Special Needs Education School had been using another type of foot-mouse. But it's difficult for some, as you need to lift their heel from the floor.
The teachers found Nagashima's design to be more user-friendly.
"Children should not have to give up on their dreams just because of some physical challenge," Nagashima says. "It would be great if this mouse helps someone create something to benefit the world."
One doctor's specialized request has led to a product that opens up new possibilities for many users.

2016年2月23日 星期二

Scientists may have at last found a way to beat jet lag

How to beat jet lag: trick the body with brief flashes of light

A two-millisecond flash of light every 10 seconds
ECON.ST

2016年2月18日 星期四

The long road to detecting gravity waves

Scientists detected gravitational waves, finally confirming Einstein's theory, and inspiring some adorably nerdy valentines. But the road to detecting gravity waves was a long, drawn-out one, spanning more than 100 years.

Thanks to two colliding black holes, Einstein's historic prediction of gravitational waves disturbing the fabric of spacetime has finally been...
WWW.SCIENCENEWS.ORG

2016年2月17日 星期三

發現引力波的故事


Ben Chen

紐約時報重力波的報導,已經有人翻譯成中文了。


《纽约客》重磅长文:「发现引力波」背后最完整的内幕故事 | 机器之心
《纽约客》重磅长文:「发现引力波」背后最完整的内幕故事 首页 深度…
ALMOSTHUMAN.CN|由机器之心IT管理上傳




引言:備受矚目的引力波發現研究已經在國內各大媒體得到了廣泛的的報導,但這個涉及到科學技術,歷史,科學家,甚至謬誤與運氣的豐富的故事,以及里面的戲劇性細節,這次還是第一次和大家見面。來,和我們一起,聽一聽這個有趣的故事的完整版。100年前,愛因斯坦預言了在時間空間中傳播的漣漪-引力波




1十幾億年前,距離這裡有數百萬個河外星系之外,兩個黑洞發生了碰撞。它們彼此圍繞旋轉了億萬年,好像是求愛的舞蹈,每一圈後都在加速,呼嘯著靠近對方。到了它們間距只有幾百英里的時候,它們幾乎以光速旋轉,釋放出強大的引力能量。時間和空間被扭曲,像是壺裡面煮沸的水一樣。在不到一秒鐘的分毫瞬間裡,兩個黑洞終於合併為一,它們輻射出比全宇宙的恆星輻射出還多幾百倍的能量。它們生成了一個新的黑洞,質量約62個我們的太陽一般,面積幾乎和緬因州一樣。在它(新黑洞)平靜下來的過程中,逐漸形成一個扁平的球狀,最後的幾縷顫抖的能量逃離出去。然後時間和空間再次寂靜了。

黑洞碰撞產生的引力波向四周傳播,旅途中隨著距離衰減。在地球上,恐龍崛起,演化,消亡。引力波繼續前進,大概五萬年前,引力波到達了我們的銀河系,正當智人開始取代其近親尼安德特人開始成為地球上最主要的人猿。100年前,愛因斯坦,靈長類物種中進化的最先進的人類的一員,預言了引力波的存在,激發了數十年的猜測和無果的尋找。20年前,一個巨大的探測器開始建設:the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)。終於,在2015年的9月14號,在中午11點(中歐時間)前,引力波到達了地球。Marco Drago,一位32歲的意大利籍博士後學生,全球LIGO科學合作組織的成員,成為第一個注意到它們的人。Marco當時坐在位於德國Hannover阿爾伯特愛因斯坦研究所他自己的電腦前,遠程觀看LIGO的數據。引力波出現在他的屏幕上,就像一個被壓縮了的曲線,不過LIGO裝置著全宇宙最精緻的耳朵,可以聽到千億分之一英尺的振動,應該彷彿聽到了被天文學家稱為「蛐蛐叫」的聲音—— 一聲微弱的由低到高的呼叫。一年之後,在華府的新聞發布會上,LIGO團隊正式宣布那個信號即為歷史上第一個直接觀測到的引力波。

如果視頻無法播放,點擊這裡試試

(視頻說明:兩個黑洞的碰撞看上去,聽上去會是怎樣的?)

當Drago看到信號時,他驚呆了。「當時很難決定該做什麼,」他後來告訴我。他通知了一個同事,同事冷靜的通知了位於Livingston,路易斯安那州的LIGO控制中心。消息開始在上千個參與這個項目的科學家中傳播開來。在加州,David Reitze,LIGO實驗室的執行總監,剛送走了女兒去學校,來到了他的加州理工辦公室,馬上就被各種消息淹沒了。「我不記得當時具體說了什麼了,」他告訴我說。「大致的反應是,『天哪,這是個什麼東西?』」。Vicky Kalogera,西北大學的物理與天文學教授,當時開了一天的會,直到晚餐時才聽到消息。「我老公請我把餐桌佈置好,」她說,「可是我完全不理他,只顧著瀏覽一大堆古怪的電子郵件並自問,到底發生了什麼事?」Rainer Weiss,已經83歲高齡物理學家,是早在1972年LIGO項目的最初提出者,當時正在緬因州度假。他登陸到系統上,看到了信號,然後大叫道:「我的上帝啊!」,音量如此大驚的他的妻子和成年兒子跑過來看他。

合作研究人員立即開始了非常細緻繁重的兩遍,三遍,四遍的數據確認。「我們說我們做了約質​​子直徑千分之一大小的尺度的測量,向我們講述著兩個黑洞在10億年前的合併,」Reitze說道。「這可是一個非同尋常的宣布,需要非同尋常的證據支撐。」與此同時,LIGO科學家們被要求宣誓保守秘密。隨著這一發現的傳言散佈開來,從9月份末持續到最近一個星期,媒體的激動進入了尖峰狀態;也開始有關於諾貝爾獎的議論。不過所有的合作者給外界任何詢問這件事的任何人一個統一的簡單的答复——他們仍然在分析數據,還沒到發表結果的時候。Kalogera甚至連自己的丈夫都沒告訴。

2LIGO由兩個設施組成,相隔1900英里——大約坐飛機需要3個半小時,不過對於引力波只需要萬分之一秒就能到達。位於路易斯安那的探測器,位於Baton Rouge東部的濕地,周圍環繞著商業松樹林;另一個位於華盛頓州的探測器,在全美核廢料數量最多的核設施的西南部,位於沙漠灌木蒿,風滾草,和廢棄的核反應堆之間。在每一處設施,都有兩個12英尺高的互成直角的混凝土管道伸向遠方,從高空看上去像是木工的矩一樣。管道是如此之長,將近2.5英里,他們需要在尾端從地面升起近1碼,來確保管道自身的直線性,與地球表面自身的彎曲分離。



LIGO是更廣泛的找尋愛因斯坦廣義相對論難以測量的效應的工作的一部分。這一理論,簡單的說,聲稱時間和空間會在質量面前被彎曲,時空彎曲的效應就是我們日常感受的引力。當兩個黑洞彼此圍繞,它們把周圍的時空伸展和壓縮,就像孩子們在蹦床上跑來跑去,生成可以傳播到周邊的振動;這些振動就是引力波。引力波經常路過我們身邊,來自宇宙中各種源頭,但是引力是比所有其他基本自然作用中更微弱的——電磁作用,比方說,也就是束縛原子的作用——以致於我們幾乎從來感覺不到它們。愛因斯坦曾認為引力波可能永遠都不會被探測到。他甚至兩次宣布引力波不存在,然後一次再一次的修正他自己的預測。當時一個懷疑者曾經評論說引力波好像是靠著「思維的速度在傳遞」。

從理論提出開始,過了50年才有人開始建造可以檢測引力波的設備。第一個嘗試這麼做的人是一位馬里蘭大學的工程學教授,名叫Joe Weber。他把自己的設備命名為「諧振條天線」。Weber相信鋁製的圓柱體可以被當作鈴鐺,放大微弱的引力波。當引力波撞到圓柱體,圓柱體會輕微的振動,圓珠周圍的傳感器會把這種振動轉化為電信號。為了確保他測量到的不是周圍經過的卡車或者輕微地震的振動,Weber發明了一些保護措施:他將他的條懸置在真空中,他使用了兩個諧振條,位於不同的地點,一個在馬里蘭大學的校園,另一個在芝加哥附近的Argonne國家實驗室。如果兩個諧振條在微小時間間隔中產生同樣的振動,他認為就是可能是引力波造成的。

1969年6月份,Weber 宣布了他的諧振條記錄了引力波事件。物理學家和媒體都很激動,《紐約時報》這樣報導:「人類對宇宙的觀測又一新篇章被翻開了。」很快,Weber 開始報導每日都有信號記錄。不過其他的實驗室都沒有產生與他的結果類似的觀察,對他的懷疑開始擴散。到了1974年,很多人都下結論Weber的結果有錯誤。(Weber持續宣稱有新的探測結果,直到他2000年去世為止。)

Weber的故事塑造了他開擴的領域的形象,產生了一個有毒害的印象,即引力波的尋找者們,後來引用Weiss 的話,都是「說謊者,沒有謹慎態度,甚至天知道還有什麼惡習」。這個印像在2014年還得到一次強化,當在南極附近的BICEP2望遠鏡上發現了好像是大爆炸遺留的引力輻射;雖然信號是探測到一個,但是後來發現原來是宇宙塵埃,不是引力波。Weber身後也留下一批無法複製Weber生成的結果的研究人員。Weiss,因為在自己的的麻省理工本科課程中被無法解釋Weber 的工作煩惱,開始設計後來的LIGO的原型思想。「我不能理解Weber想幹什麼,」他在後來的2000年加州理工編輯的口頭歷史中回顧到,「我不認為那個想法是正確的。於是我自己開始去找答案。」



3在尋找引力波的過程中,「很多的工作是在電話中完成的」,Fred Raab,LIGO的華盛頓州設施的負責人告訴我。每個星期都有討論數據的例會,每兩個星期都有討論兩個探測器協調工作的例會,會有來自澳大利亞,印度,德國,英國還有其它地區的合作者參與。」當這些人在午夜從夢中醒來,他們通常是在夢著有關探測器的事,」Raab說道。「這反映著他們和這項工作有多親密,」他解釋說,這樣才能把這些非常複雜的由Weiss最初構思出來的設備運行好。

Weiss的探測方法和Weber有著極大的不同。他最初洞見是需要把探測系統做成L型。想像兩個人躺在地上,他們的頭挨著,身體形成90度角。當引力波通過他們時,其中一個人會被拉長,另一個人會被縮短;下一時刻,想法的情況會發生。當引力波朝著一個方向拉伸時空,一定會在另一方向壓縮時空。Weiss的設備會丈量這兩個波動的長度,在非常大的尺度上來測量,使用數英里長的鋼管道。「我不會就在我的桌子上檢測到任何東西。」Weiss 說道。

為了達到必要的測量精度,Weiss建議使用光來作為尺子。他設想在L形狀的拐彎處放置激光源。激光源會向兩個管子的尾部發射兩束激光,在各自尾部會放置一個鏡子來反射激光。光在真空中的速度是常數,所以當兩個管子都去除了空氣和其他粒子後光束應該同時在拐彎處重逢,除非引力波通過這個結構。在這種情況下,光源和鏡子間的距離會有小的變化。既然一束光現在會旅行比它孿生夥伴更短的距離,它們不再會在相位上保持一致,差距越大,表明引力波越強。這種設備需要比任何以往的物理設備敏感幾千倍,還需要細微的調試來提取一個不斷變弱的微小信號,在地球上充滿無處不在噪音的大背景下做這件事。

Weiss在1972年春天把他的設計寫了出來,作為他的實驗室的季度報告。這篇文章從未在科學期刊發表——畢竟這只是個設想,不是實際的實驗——但是據Kip Thorne,參與過《星際穿越》電影創作的著名的加州理工退休物理教授,這篇文章「是歷史上最優秀的一片論文」。Thorne記得是後來才看到Weiss這篇文章,「如果我早早讀這篇文章,我不會完全理解它。」果然,Thorne的1973年初版里程碑式的關於引力的教材中,他還在學生練習中請學生證明通過激光驗證引力波存在性的不現實性,「不過我很快就改變了自己的看法。」他後來告訴我。

Thorne 的態度改變發生在1975年,在華府的一間酒店房間裡。Weiss邀請他來與一組NASA科學家對話。那個會議的前夜,兩個人一起討論,「我不記得當時怎麼發生的,但是我們分享了一個酒店套房,」Weiss說。他們坐在一個小桌子邊,在草紙上寫滿了圖形和方程。Thorne,在摩門教家庭長大,喝著Dr Pepper;Weiss則抽著煙斗,「這個世界上沒有多少人可以像我們兩個這樣交流,因為我們都在這個問題上思考了很多年,」 Weiss回憶道。當Thorne 回到他的臥室時,天已經開始發亮了。

在麻省理工,Weiss 已經開始組裝一個小的原型,每個探測臂有五尺長。但是他在從系裡的管理者那裡爭取資助上遇到了困難,因為許多他的同事還對這個設想持有懷疑。其中一個懷疑者,一個著名的天地物理學家和相對論專家, Phillip Morrison,持有非常堅定的意見認為黑洞不存在——這一看法當時有很多同時代的人都持有,因為支持黑洞的數據太少了。既然黑洞是理論上僅有的少數可以產生可觀測到的引力波的源頭,Morrison 認為Weiss 的設備沒有可以發現的東西。Thorne 在加州理工進展更順利些:到了1981年,在加州理工已經開始建造一個探測臂有130英尺長的原型。一個蘇格蘭後裔物理學家Ronald Drever負責原型的建造,並在建造過程中不斷改進Weiss 的設計。

1990年,經過了多年的研究,報告,講演,委員會會議。Weiss,Thorne還有Drever說服了NSF(國家自然科學基金)來資助LIGO的建設。這個項目將要花費2.72億美元,比任何NSF之前和以後支持的實驗都多。「這導致了一場激烈爭鬥,」Weiss 說。「天文學家非常反對這個項目,因為他們覺得這是有史以​​來最大的金錢浪費。」許多科學家都擔心LIGO會吸走別的研究的經費。Rich Issacson,當時一個NSF的項目官員,起到了關鍵作用,幫助項目啟動。「他和NSF一直支持我們,為此冒了很大的風險。」Weiss回憶道。

「這個東西根本就不合適被建造,」Issacson後來回憶道。「當時只有幾個頭腦發熱的人到處遊說,在沒有任何信號發現的前提下,討論把真空技術,激光技術,材料科學技術,地震隔離技術還有反饋系統推倒幾個數量級高於當時技術的水平,甚至需要使用還沒有被發明出來的材料。」但是Issacson的博士論文就是關於引力輻射,他堅信LIGO的理論基礎是嚴謹的。「所以我其實是引力波領域在NSF安插的內線。」他開玩笑說。

在他們的項目申請中,LIGO團隊警告說他們最初的設計可能什麼都探測不到。不過,他們爭辯說,只有通過建造一個不完美的探測器才能學習理解如何建造一個更好的探測器。「有足夠的理由相信這個計劃不會探測到結果,」Issacson說。他說服了NSF就算第一階段檢測不到信號,在這構成中帶來的測量精度的進步也值得投資。在1994年,探測器建設正式破土動工。

4經過兩年,終於造出了歷史上最敏感的設備,而且對除了引力波外的任何其他東西都不敏感。光抽真空就需要40天。結果是造出了地球上最純淨的真空環境,只有大氣海平面濃度的萬億分之一。不過,有些干涉幾乎超出了想像力——本地陸地上的風聲,或者臨海的海風;供電系統的波動帶來的激光純度的波動;甚至鏡子中原子的不穩定;遙遠的雷電。所有這些都會被誤認為是引力波,每一個乾涉都需要被排除和控制住。拿一個LIGO子系統做例子,它可以應對微小的地質抖動,啟動減震功能,用相反的力作用在反射鏡上來抵消,保持鏡子的穩定;再舉個例子,另一個系統會檢測所有有乾擾的聲音,包括經過的汽車,飛機,甚至野外的狼嚎。

「這裡還有上萬個小的細節需要考慮,我真的指上萬個,」Weiss 說道。「每一個細節都要被完善來確保沒有任何的東西會干擾信號。」當他的同事們調試系統的內部組件時,他們需要搭建可移動的消毒室,清潔他們的工具,穿上被他們稱為「兔子裝」的全身工作服——來防止皮膚上的細胞或者粉塵粒子落到精密的光學設備上。

第一個迭代的探測器在2001年上線。下面的九年中,科學家們測量並改進設備的性能,完善他們的數據分析算法。同時,他們使用在加州理工和德國的原型來開發更好的反光鏡,激光,地震隔離技術。2010年,探測器下線,開始了為期5年,耗資2億美元的升級。系統目前隔離如此的好以至於一個部門經理在控制室隔壁發動了他的哈雷摩托,引力波頻道的科學家在自己的屏幕上什麼都不會看到。探測系統的第二次迭代,高級LIGO系統,可以最終探測比上一代大一千倍的空間區域。

一些最困難的工作發生在鏡子上。根據Reitze,這些是世界上最好的鏡子,遠遠超出任何的同類。每一面鏡子都有一尺寬,重90磅,被磨成精度到一億分之一英尺的完美的球面鏡。(一面鏡子的造價約100萬美元。)開始時,鏡子們被懸在一圈鋼線上。升級後,它們被連接在一個鐘擺系統上,來隔離地質抖動的影響。連接它們的是溶化矽纖維——基本成分就是玻璃——足夠強壯來承受鏡子的重量,但是很容易破碎。「我們出過一次事故,一個螺絲刀掉下來,刮到了矽纖維,結果整個鏡子都掉了下來。」Anamaria Effler,一個過去在那里工作過的運轉專業技術人員告訴我。纖維的優點是它的純度,根據格拉斯哥大學的Jim Hough,「當你彈一下威士忌杯子,它會發出漂亮的振動聲;溶化的矽比威士忌杯子還好,更像是撥動小提琴的琴弦」音符是如此的薄可以用LIGO的信號處理軟件把它過濾掉,又一個乾擾排除了。技術人員在檢查LIGO的光學器件LIGO的光學設備裝在四部分的擺錘上,以避免振動。機器正在加熱和拉伸支持LIGO鏡子的矽纖維。

技術人員在安裝管道擋板,以控制雜散光。LIGO漢福德控制室

準備高級LIGO的工作比想像的進展得慢,所以更新的改進的設備的投入使用時間被推遲了幾天,到2015年9月18日。Weiss被從波士頓叫來確定一個頻率干涉的源頭。「我到了那裡,被嚇壞了」他說。「這個乾涉到處都是。」他建議進行一個星期的修理來處理,但是項目的總負責人拒絕了這一延誤,不想再耽誤一天的觀測時間。「感謝上帝他們沒有讓我那麼幹,」Weiss 回憶。「我會導致讓整個系統在信號出現時下線!」

59月13號是個星期天,Effler在華盛頓州的設施和另一位同事整整忙了一天,完成一些列的最後測試工作。「我們大喊大叫,我們搖晃東西,敲打東西,引入磁鐵干擾,做了各種事情,」她回憶說。「不出所料,每件事都花費了比預期更多的時間。」終於在凌晨4點,只剩下一個測試要做——模擬附近的卡車司機踩剎車——他們終於決定收工。他們開車回家了,只留下設備靜靜的採集數據。引力波信號沒等多久就到了,在凌晨4點50分,當地時間,相差只有7微秒分別通過了兩個探測器。距離高級LIGO的正式啟動還有四天時間。

引力波被如此早的探測到引來了很多迷惑和質疑。「我告訴所有人我們直到2017年獲2018年才會探測到任何東西,」Reitze說。Janna Levin,哥倫比亞大學的天體物理教授,沒有參加LIGO合作研究,也感到非常吃驚。「當傳言開始時,我的反應是:別逗了!」她說,「他們連鎖才剛上好!」。再說這個信號實在是太完美了。「我們絕大多數人認為,當我們看到這個信號時,它將是從非常多的計算機和計算週期後中從噪音中拉出來的信號,」Weiss認為。大多數人認為這個信號是某種測試。

LIGO團隊包括一小組人員,專門製造隱藏的信號注入——虛假的引力波證據——作為對科學家工作的監督。儘管每個人都認識這個四人小組的成員,「我們都不知道什麼樣的信號,在何時,以及是否被注入,」Gabriela Gonzalez, 合作研究的發言人說。當LIGO的最早的2010年的運行中,探測器撿到了好像是很強的信號。科學家們緊張的分析了六個月,最後認為是來自河外星系Canis Major的引力波。就在他們想把發現投到科技期刊之前,他們被告知這個信號是被注入的假信號。

這一次,隱藏信號小組發誓他們和這個信號沒有任何關係。Marco Drago認為他們的否認可能是測試的一部分,不過Reitze自己,作為四人小組的成員,有另外的擔心。「我的擔憂是——你可以理解為這是我們對做出任何虛假髮現的本能畏懼——有沒有其他的人惡意的在搗亂?」他說,「會不會是其他人在我們的探測器裡偽造了一個信號,我們沒有人知曉?」Reitze,Weiss,Gonzalez還有其它幾個人考慮了誰還出於對設備和系統算法的全面了解有可能製造這個假信號。他們只找到4個人選,其中沒有一個人有任何動機去這樣做。「我們深入盤問了這些人,」Weiss 說,「結論是,他們沒有做這件事。」最後,他說,「我們接受了最經濟直接的解釋:這是一對黑洞造成的。」

LIGO合作研究機構的每一個分部門開始確認這一探測的有效性。他們檢查每一件設備是怎麼設定和校準的,每一行軟件代碼都分析,編輯了一個單子列出所有可能的環境干擾,從大氣電離層的振盪到太平洋沿岸的地震。(「當時有一個很強大的發生在非洲的閃電,」Stan Whitcomb,LIGO首席科學家告訴我。「不過後來磁場測量儀顯示它沒有足夠的干擾可以產生這個信號。」)最後,他們確認了這個探測結果滿足統計學的5西格瑪門檻,這是宣布任何物理學發現的黃金標準。換句話說,這意味著這個探測結果只有3百50萬分之一的概率是由隨機事件造成的。

9月14號的發現,現在正式命名為GW50914,已經附帶來好幾個非常重要的天體物理髮現。舉例說,它是第一個觀測證據說明雙黑洞對的存在。直到現在,這只是理論上的可能性,因為黑洞吞噬所有周圍的光,讓傳統望遠鏡無法觀測到。引力波是唯一可以逃出黑洞的壓倒性的引力場的信息。

LIGO科學家已經從這個信號中提取出令人驚訝的信息,包括源頭的黑洞的質量,軌道速度,它們邊界接觸的時刻。它們比想像的質量大很多,這個驚訝地發現,如果被以後的引一步觀測印證,將會幫助解釋各個銀河中心的神秘的超級體量黑洞是如何形成的。研究團隊還量化了黑洞的ringdown——三個能量脈沖在最終的合併後的新的更大的黑洞在球形化過程中釋放出來——也就是說黑洞在合併後把自身的不完美部分通過引力波輻射出來。

這次檢測還證實了愛因斯坦關於這個物理宇宙的另一個特性的想法。儘管他的理論主要是關於引力,以前理論主要是在我們自己的太陽系進行檢驗,在這裡引力的主導效應比較弱。「你僅在你爬樓梯的時候才會想起地球的引力,」Weiss 說,「但是,對於物理學來說,引力的效應相比之下只是個小角色,非常微弱,沒有什麼影響。「在黑洞附近就不同了,引力在那裡是宇宙中最強的作用力,可以把原子撕碎。這些愛因斯坦在1916曾預言過,LIGO的實驗結果顯示愛因斯坦的方程和實際觀測幾乎是完美的一致。「他究竟怎麼能知道這點?」Weiss 問道。「我多麼希望在那個早晨可以把數據拿給他看,看看他臉上的反應。」

自從9月14號的發現,LIGO繼續觀察到可以作為引力波候選的信號,儘管這些信號沒有第一個信號那樣具有戲劇性。「我們一開始這樣折騰都是因為開始這個大信號,」Weiss 說道。「不過,我們非常高興還有別的,強度小一些的信號,說明我們最開始的發現不是單一的,瘋狂的,神經質的事件。」

6幾乎所有科學家得到的關於宇宙的知識都是來自電磁光譜類實驗。400年前,伽利略用他自製的望遠鏡開始探索可見光的世界。從那時開始,天文學家們把觀測設備的能力不斷提升。他們學會了觀測無線電波段和微博波段,紅外波段和紫外波段,X射線,伽馬射線,揭示了船底座星雲中恆星的誕生,土星第八個衛星上面噴泉的噴射,找到了銀河系的中心位置,探測到了類似地球的行星的位置。但是95%的宇宙是無法用傳統的天文學手段觀測到的。引力波可能還無法探測了解所謂的佔據了大部分不可見宇宙的暗能量,但是它們可以幫助我們用前所未有的方式去巡查時空。「這是一種全新的望遠鏡技術,」Reitze說道。「意味著我們有了一個新的天文學領域要去探索。」如果我們過去見證到的是一個無聲電影,Levin說,引力波現在把我們的宇宙轉變成了一個有聲屏幕。

碰巧的是,LIGO可以檢測到的引力波波段的頻率落在了人類可以聽得到的頻段,在35~250赫茲之間。當這個「唧唧叫」到達地球的時候,已經變的很輕很輕,LIGO只能夠採集到不到十分之二秒的黑洞數十億年前的合併,不過通過一些簡單的聲音處理,這個事件聽上去像一個滑音。「用你的手指背面的指甲尖,在鋼琴鍵盤上從最低音A滑動到中音C,你就可以聽到這個信號。」

不同的天體會發出它們自己特有的引力波,意味著LIGO和它後面的系統將會聽到一個宇宙交響樂。「雙中子星聽上去像短笛,」 Reitze說。隔離的旋轉的脈衝星,他說,可能會發出一個單音調的「叮」,像三腳鐵的聲音,黑洞則是樂隊中的弦樂,從雙低音向上,取決於他們的質量。LIGO,他說,將只能聽到小提琴和中提琴;由超級巨型黑洞發出的引力波,比如位於銀河系中心的黑洞,需要等待未來擁有不同敏感度的探測器。

好幾個這樣的探測器已經在籌備中了,有些已經開始建設了,包括愛因斯坦望遠鏡,一個歐洲的項目,它的地下的探測臂將比LIGO兩倍還要長,還有一個基於太空的三個設備組成的集群,叫做eLISA。(歐洲航天局,在NASA的協助下,已經在12月份發射了實驗衛星,驗證LISA的新技術。)其他的探測器已經開始運轉,包括前面提到的BICEP2望遠鏡,雖然它最初發現的事假信號,仍然可能發現宇宙早期的引力波的迴聲。Reitze 的希望是,LIGO的發現將會鼓勵更多的對這一領域的投資。

高級LIGO的首批觀測任務到了1月12號就結束了。Effler和其他的任務團隊成員已經開始了又一輪的改善升級。探測器已經要接近它最大的設計精度了;兩到三年內,它可能會每天都記錄引力波事件,在這過程中採集更多的數據。下半年夏天末尾時系統會再次上線,傾聽更多的來自天外的我們還未想像到的音樂。「我們在開啟一個面向宇宙的新窗戶,這個窗戶和以往所有的窗戶都非常不同,我們對什麼東西會通過這個窗戶進來也很無知,」 Thorne說道,「一定會有更大的驚喜等待著我們。」

2016年2月15日 星期一

2016年2月14日 星期日

老化問題可解 Aging Is a Solvable Problem

Aging Is a Solvable Problem - an in-depth discussion at the World Economic Forum 2016, in Davos that explores the possible, plausible and probable impacts of significantly extended lifespans
From reversing the effects of ageing on the brain and editing genetic diseases to artificial intelligence and downloading thoughts and memories, scientists are pushing the boundaries of the human lifespan. What would be the impact on life, love and work if you could live to 150 (or forever)?

Full Video: https://www.youtube.com/watch?v=cLE5DJOVCck http://www.weforum.org/ From reversing the effects of ageing on the brain and…
YOUTUBE.COM

2016年2月13日 星期六

道聽塗說的李政道漢字知識


Hanching Chung 此篇字解可能是野狐禪,笑一下:http://chinese-watch.blogspot.com/2008/06/blog-post_15.html

李政道:科學、藝術、格、世博

 (2015-02-04 05:18:50)



物理大師的科學藝術觀:談李政道文錄

細推物理須行樂,何用浮名絆此身”------杜甫
   
書名: 《李政道文錄》
作者: 李政道
出版者: 浙江文藝出版社
出版時間: 1999年5月
頁數: 233頁
    
     在當代的華人科學家中,李政道雖因發現“宇稱不守恒”,與楊振寧同得諾貝爾物理獎,有高知名度,但一般人對其個人和學術以外的活動並不清楚。1989年,六四事件之後,李政道赴北京,成為鄧小平第一次公開露面接見的海外人士,外界才廣知他在中共高層中有特殊信任。
     浙江文藝出版《大科學家文叢》,希望能整理一些大師的人文思想,《李政道文錄》一書作為其一,收集他較通俗之講稿、對話錄和書信共三十六篇,並附一篇當年和他同船赴美,後來從事核彈研究並任“中國工程科學院”院長的朱光亞所講述的“李政道物理生涯五十年” 。內容涵蓋其研究歷程、師友交往,也揭露他長期投入提升中國基礎科學研究的努力,並有相當篇幅討論“藝術和科學”之關係,也附有其個人畫作,展現其藝術品味、國學根基和思考模式.他也多次引用杜甫的詩句「細推物理須行樂,何用浮名絆此身」來表達他的科學人生觀。
    由書中信函可看出,他對中國花了最多心血的,可能是在「文革」後,推動大陸基礎科學研究之重建。他向中共領導人提議建設北京正負電子對撞機,日後取得世界一流的成果。在改革開放之初,利用其個人在美國物理學界的廣泛影響力,舉辦中美物理聯考赴美留學招生項目,CUSPEA,China-U.S. Physics Examination and Application的簡稱,每年費心安排近百人學生在不具有GRE和TOEFL成績下仍可赴美深造,累計近千名學生,其中亦有多人日後轉向物理之外的領域發展而卓有成就。李政道並提議設立博士後研究站;成立並親自主持高等科學技術中心。
    為了提醒當局對基礎科學的支持,他又用“基礎科學清如水,應用科學生游魚,產品科學魚市場,三者不可缺其一”,指陳“沒有科學就擺脫不了貧困,也不會實現人類的希望”,來申論基礎研究的重要。其中頗有意思的是致江澤民的一封信,建議在北京正負電子對撞機的基礎上,再建更高能量的加速器,以進行更高層次的研究,此主張因所需經費太大,當時未被採納,此信收於書中頗有「立此存照,留待後日」之意。後來,2004年至2009年間,北京正負電子對撞機進行了重大改造工程(稱為BEPC II)。
    本書和李政道本人特色之一,是“藝術與科學”的討論,他曾請了吳作人、黃冑、吳冠中、華君武等大師級畫家依其挑選之物理概念構思作畫,作為一些物理研討會的宣傳,見於書中如吳冠中所作〈對稱乎?未必,且看柳與影〉、〈簡單與複雜〉;李可染所作〈核子重如牛,對撞生新態〉皆一流作品。華君武的〈雙結生翅成超導,單行苦奔遇阻力〉和魯曉波的〈日月山〉也俱見巧思。他也引用這些畫作在多處演講物理科學之美,強調“科學和藝術是不可分割的,共同的基礎是人類的創造力。” 這些大師肯接受李政道的“命題委托” 而創作,亦可說是對其藝術品味的認可,李政道運用這些大師的藝術品,以《科學與藝術》為題,以中英文在世界各地做了多次演講。唯一出示的個人作品是“格” 字書法。

        李政道編的《科學與藝術》一書已於 2000年由上海科學技術出版社出版,其中收有各大師應他之邀而作的畫作。




        李可染〈核子重如牛,對撞生新態
    李政道的恩師吳大猷和他情同父子。吳大猷在台灣主持過國家科學委員會、中央研究院。李政道因此曾在一些海峽兩岸國際學術組織乃至奧運組織會籍並存的問題上起過作用,書中出現一段一九八四年與鄧小平的有趣談話,其中,鄧小平說:“和台灣搞在一起,能辦到嗎?我贊成,願意坐到一起,好嗎,學術裡面搞統一,是好事”,而中科院院長盧嘉錫接著說:「在對撞中搞統一」.此書因涉及物理,有部份內容,外行人也許不易了解,但有心探討科學文化之人,可藉之了解一傑出學者心思所在.發現莊子所說「原天地美,達萬物理」,在二十世紀的物理探索中,經由對稱研究和理論統一之探討,竟是可能的。
    
          吴冠中的“漢字春秋” 系列,有一幅作品“曲”字,李政道曾舉之為例,



發揮科學规律的發現,他說:
這個“曲”字實際上是個錯字,它比正常的曲字多了一橫,雖然是“錯字”,但大家剛看的時候,都說它就是“曲”。這是為什麼呢,就是因為它利用的是曲字的規律(意指筆法筆鋒)。而科學也是這樣,需要我們透過現象找到內在的規律。


      李政道祖籍蘇州。李政道曾到蘇州市三中,為該校的“蘇繡藝術創新中心”揭牌,並作了題詞“凝聚姑蘇靈氣,匯成全國驕傲”。 
      2010年的上海世博會,李政道也受邀發表了以“世搏始博” 為題的演講,他充分發揮其科學家的聯想力,指出甲骨文“新大星並火” 的記載,是人類世界對“新星” 的第一個記錄,並指出甲骨文“新” 字的構造,有文化與藝術的結合。






       以下是部分講稿:

     李政道:“各位尊敬的來賓,各位尊敬的領導,非常高興能夠到江蘇省。我今天講的題目是“世搏始博”。
無錫在江南一帶,我是在江南生長的。我寫了一幅字,
昔時礦山已無錫,今日科技可博世”。
      世搏,世世代代和大自然的搏鬥,世博是我們成功的博覽。為什麼有這樣的世博會?就因為是多少代跟大自然的搏鬥的勝利。人類與大自然世世代代的搏鬥才開始產生今日如此宏偉的世博會,這就是今天我講的主題。
      第一個,世搏的開始,大汶口文化。這是大汶口文化的代表建築,日月山。大汶口文化大概發源於西元前四千年,它把大自然三個很重要的元素,太陽、月亮、山,組織成一個很大很大的巨人,這個巨人就代表中華民族。大汶口文化在六千年前建立起來,從此就發展了中華民族整個的技術和生命的發展。
    地球上的能量主要來自太陽,太陽的能量是核能,太陽本身是一個極大極大的核反應爐,把氫化為氦。在這個過程中,它會產生比氦還重一點的元素,使太陽的週邊爆炸,這個爆炸使太陽的亮度可以增加幾萬倍。這就是新星。全世界最早的新星的記錄,是在商朝,離現在有三千四百年。這是甲骨文,很有意思,是我的一個朋友分析的。第一篇甲骨文,主要的是“新大星並火”,並火是個星座,把這個位置點出來的。這三個小方塊,大小不一樣,這就是“星”。並火是個星座的位置,他發現了在這個“並火”星座忽然有個新的、大的新的星,時間是月亮剛出來,在月亮的西邊。
    這是一個了不起的記錄,很清楚的把現象、時間都講出來了。我的朋友發現兩篇甲骨文,另外第二篇就是兩天以後,這個新星沒有了。這是全世界把新星的亮度、時間、位置,做了明確的記錄。這是我們老祖宗,在西元前十三世紀的記錄。”
     宇稱,Parity,指物理定律的左右對稱性。直到1956年之前,物理學認為,在任何物理作用下,宇稱都是守恆的。李政道與楊振寧的合作,指出在次原子核的世界,宇稱守恆有時會不成立。李政道與楊振寧兩人,有如中國物理學界的一對雙子星。他們的在得到諾貝爾獎之後卻分道揚鑣,成為華人學術界的憾事。他們個人關係的破裂,李楊各有說辭。李政道以「破缺的宇稱」形容之。

2016年2月11日 星期四

gravitational waves

MIT校長這封公開信裡有句話說明了愛因斯坦有多威:「愛因斯坦,一個廣袤的人類心靈,他對宇宙的想法超越人類實證能力發展整整有一世紀之遙。」
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100年啊!天才與平凡人的差距竟然是如此遙遠,需要耗盡100年的心力才能證實天才的卓越觀察與遠見。
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~~以下是信件的中文翻譯~~
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致麻省理工學院全體同仁:
今早十時三十分,麻省理工學院、加州理工大學、以及國家科學研究委員會將在華府公佈我們歷史性的物理大發現:我們初次偵測到愛因斯坦百年前就已預測的重力波的存在。
不論其重要性,平常我並不會為了個別的研究成就而特地發信給各位,畢竟我們的研究社群一直以來不斷地做出重要發現。但我希望各位深思偵測重力波的意義,因為它在巨觀上說明了人類為何以及如何探尋深奧的科學問題,還有這些問題為何重要。
 
今天的新聞至少涵蓋兩則重要消息:
 
第一是科學消息:愛因斯坦準確的以他的廣義相對論預測了重力波的行為。重力波是來自宇宙深處的時空的微小皺摺。這些波動是如此地幽微,以致於到今日為止它們都逃過了科學家的探測。但LIGO成功的抓到這細微的訊息,他們探測到的重力波來自兩個巨大黑洞互撞形成一個更大的新黑洞的過程。這個發現告訴我們,我們取得了巨大的證據,說明廣義相對論確實準確的描述宇宙的運作。
 
即使是最先進的光學望遠鏡都無法探測到黑洞的存在,因為黑洞並不會發出任何光,因此我們無法觀測兩個黑洞壯大的撞擊,但透過LIGO的儀器,我們現在得以「聆聽」這樣的事件。透過全新的感知方法,LIGO得以紀錄下過去無人知曉的自然界重要事件,而LIGO團隊以他們的新工具進行的探索之旅才正要開始。這就是人類投入科學的理由。
 
第二是人類的成就。它始自愛因斯坦:一個廣袤的人類心靈,他對宇宙的想法超越人類實證能力發展整整有一世紀之遙,而這個故事由Rai Weiss與他的研究團隊在科學上的創造力與耐心接棒。他們帶領著跨國團隊,花了數十年排除萬難的在科技的尖端奮鬥,化不可能為可能,最後終於將一個聰慧的想法化為科學發現的真實勝利。
 
在這個故事中的重要角色還包括了數十個團隊外的科學家,以及國家科學委員會的行政人員,他們在數十年來不斷的以系統性的角度評估這野心勃勃的計畫的可行性,並最終認定它值得如此巨大的經費投資。
 
我們也不可錯過在這故事的最新發展中,LIGO團隊向研究社群揭露他們發現時的小心翼翼態度。透過步步仔細分析以及同儕審查的出版,他們終於對自己的發現累積足夠的自信,在他們向世界公開這發現的同時,一個全新的研究領域隨之誕生。
 
像麻省理工學院這樣的學校,有無數學者孜孜矻矻致力於解決現實問題,以致於我們有時會用「實際產值」來評估國家投入基礎科學的經費的價值。重力波的發現似乎與「實際產值」毫不相干,但它仍然產生了許多立即的「成果」:LIGO一直都是訓練大學生與博士生的優秀機構,事實上我們有兩位教員就是由LIGO出身的。不只如此,LIGO團隊的創新與化用創造了具有前所未有精確度的實驗儀器。
 
身為麻省理工學院一分子的我們無比清楚:沒有人能夠抵抗新工具的誘惑。LIGO開發的技術必定很快的會被沿用並進一步開發,並且在現在沒人能預見的領域產出巨大的「成果」,看著新技術如何開花結果也將會是非常有趣的。
 
我們今天歌頌的發現也象徵著基礎科學的矛盾:它艱苦而又嚴苛而緩慢,但卻又令人亢奮地創新而又躍動。少了基礎科學,我們今日所知的一切將如同昨日所知的一切;創新將在邊境止步不前。
 
隨著科學的發展,社會也將發展。我因身為[麻省理工學院的]社群的一員為傲並且心懷感激,我們幸運的能夠領會與欣賞這巨大的發現,並準備好開啟它帶來的無限可能。
Letter regarding the first direct detection of gravitational waves
NEWS.MIT.EDU



BBC:重力波

For the first time, scientists have detected tiny, rhythmic distortions in…
WWW.BBC.COM
科學家們成功探測到 ‪#‎引力波‬ ,完成愛因斯坦“廣義相對論”最後一塊拼圖。引力波是巨大質量星體碰撞產生的時空漣漪,但這種“漣漪”由宇宙遙遠的另一端傳達地球時, 往往已變得非常微弱。‪#‎gravitywaves‬‪#‎LIGO‬



Today's Daily Cartoon by David Sipress. See more cartoons here:http://nyer.cm/4XWL2Vc






Gravitational waves hold the key to our understanding of how the universe works: tiny ripples from the interactions of distant planets and stars, stretching back to the dawn of time . But they’re not easy to explain.



Norna Robertson explans Einstein’s theory of ripples in the fabric of space…
BBC.IN
【證據就在今晚發表!】
/廣義相對論與量子力學成為現代物理學的兩大支柱。這兩個理論各自描述宏觀和微觀的世界,其預測亦被越來越精確的實驗逐一驗證。愛因斯坦的廣義相對論預言的時空扭曲效應,例如重力透鏡、宇宙膨脹、黑洞等等,都已經被天文觀測所證實。
在100年後的今天,美國的激光干涉重力波天文台(LIGO)將舉行記者會,發表愛因斯坦廣義相對論的最後一個預言——重力波(gravitational wave)——的直接證據。/


在100年後的今天,美國的激光干涉重力波天文台(LIGO)將舉行記者會,…
由 HK.THENEWSLENS.COM 上傳


重力波的發現將從根本改變我們對於時間、空間等基本概念的認識。由於它能夠穿透電磁波無法穿透的空間,因此將讓人類更深入瞭解遙遠的恆星、星系與黑洞,進而探究138億年前創生宇宙的「大霹靂」(Big Bnng)。簡而言之,這是一項諾貝爾獎等級的發現。

*物理學與天文學追尋百年的聖盃──重力波Q&A
http://www.storm.mg/article/81777




日本経済新聞(日経新聞)
アインシュタインが100年前に予言した「重力波」をついに観測。ノーベル賞級の成果です。(会員向け記事です。登録無料)
http://www.nikkei.com/article/DGXLASGG11H0E_R10C16A2MM8000/…



「重力波」を初観測 米研究チーム、宇宙の謎に迫る
【ワシントン=川合智之】米大学などの国際研究チームは11日、宇宙から…
NIKKEI.COM







Cornell University

Cornell astrophysicists and scientists played a vital role to validate the historic news of the first direct detection of gravitational waves – as predicted 100 years by Albert Einstein’s general theory of relativity. Learn more:http://www.news.cornell.edu/…/cornell-theorists-affirm-grav…


This computer simulation shows the collision of two black holes, a tremendously powerful event detected for the first time ever by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, which detected gravitational waves as the black holes spiraled toward each other, collided and merged. This simulation shows what the merger event would look if humanity could somehow travel for a closer look. It was created by the Cornell-founded SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) project.



翻譯年糕











Simulation of two black holes colliding - CornellCast


CORNELL.EDU