达芬奇笔记显示他曾研究过引力和加速度关系

达芬奇笔记显示他曾研究过引力和加速度关系加州理工工程师MoryGharib在研究达芬奇笔记时注意到几个独特的三角形草图，进一步调查发现达芬奇尝试在研究引力的性质，试图在引力和加速度之间建立等价关系，这早于提出运动定律的牛顿，远早于用广义相对论证明等效原理的爱因斯坦。Gharib和同事在《Leonardo》期刊上发表了他们的研究。他们还通过现代计算发现达芬奇模型的引力常数G的值达到了精确值的97%。更令人惊讶的是，达芬奇没有精确计时也没有使用微积分。微积分是在1660年代牛顿为运动定律和万有引力定律发明的。Gharib指出达芬奇在1500s初期解决该问题的方式表明他的思想是多么超前。来源，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

研究人员破解了500多年前达芬奇提出的气泡螺旋上升轨迹之谜

研究人员破解了500多年前达芬奇提出的气泡螺旋上升轨迹之谜五个世纪前，达芬奇观察到气泡以"之"字形或螺旋形运动的方式偏离直线路径。然而，直到现在，这种周期性运动的原因仍然是未知的。达芬奇在五个世纪前观察到，气泡如果足够大，会周期性地偏离直线运动的人字形或螺旋形。然而，从来没有发现对这一现象的定量描述或解释这一周期性运动的物理机制。莱昂纳多的草图显示了一个上升的气泡的螺旋运动（来自他的手稿，称为莱斯特法典）。资料来源：塞维利亚大学这篇新论文的作者开发了一种数值离散化技术，以精确描述气泡的空气-水界面，这使他们能够模拟其运动并探索其稳定性。他们的模拟结果与非稳态气泡运动的高精度测量结果密切相关，并显示当气泡的球面半径超过0.926毫米时，气泡在水中会偏离直线轨迹，这一结果与90年代用超纯水获得的实验值相差不到2%。研究人员提出了一种气泡轨迹不稳定的机制，即气泡的周期性倾斜会改变其曲率，从而影响上升速度并导致气泡轨迹的摇摆，使曲率增加的那一侧气泡向上倾斜。然后，随着流体运动速度的加快，高曲率表面周围的流体压力下降，压力的不平衡使气泡回到原来的位置，重新开始周期性循环。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342495.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342495.htm

从《星际迷航》到实验室:真菌带给超重力环境的真正挑战

从《星际迷航》到实验室:真菌带给超重力环境的真正挑战在《星际迷航：发现号》（StarTrek:Discovery）的一集中，由安东尼-拉普（AnthonyRapp）扮演的天体菌学家保罗-斯塔梅茨（PaulStamets）在太空真菌中与自己相遇。图片来源：哥伦比亚广播公司来自澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室天体生物学团队的一个小组，利用欧空局在荷兰ESTEC技术中心的大直径离心机，测试了真菌菌落在双倍正常地球引力下的生长情况。到目前为止，澳门团队一直在使用三维回转器（又称随机定位机，可不断改变重力矢量的方向以模拟微重力条件）来测试真菌如何应对失重状态。欧空局的大直径离心机是一个直径为8米的四臂离心机，可让研究人员在高达20倍地球重力的超重力范围内进行为期数周或数月的研究。离心机的最快转速可达每分钟67转，沿其双臂不同位置布置的六个吊箱重达130千克，每个吊箱可容纳80千克有效载荷。因此，研究人员只需转动刻度盘，就能增加重力。LDC深受生命科学和物理科学团队以及商业实验的欢迎。欧空局内部团队使用离心机来观察航天器材料和部件在发射进入太空时对剧烈加速度的反应。资料来源：欧空局LDC是一个直径为8米（约26英尺）的四臂离心机，它能让研究人员在高达20倍地球引力的超重力范围内连续工作数周或数月。离心机最快时每分钟可旋转67转，沿其双臂不同位置放置的六个吊篮重达130公斤（约合290磅），每个吊篮可容纳80公斤（约合180磅）的有效载荷。在欧空局生命支持与物理科学仪器实验室团队的支持下，澳门团队利用LDC进行了为期两周的超重力测试。在欧空局大直径离心机的旋转吊篮内准备暴露于超重力环境的真菌物种。图片来源：欧空局真菌反应和天体细菌学真菌菌种一直生长到完全成熟，然后进行检查，以检查遗传或"表型"应激反应。接下来，对其中一个被选中的真菌物种进行第二代超重力曝露，以观察是否有任何应激反应或改变保持不变，或者是否可能观察到累积效应。作为分析工作的一部分，还在欧空局附近的材料和电子元件实验室用扫描电子显微镜对所选样本进行了分析。玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（MartaFilipaSimões）带领澳门科技大学团队将真菌物种装载到欧空局大直径离心机的吊船上。图片来源：欧空局澳门科技大学该项目的负责人玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（MartaFilipaSimões）解释说："太空真菌研究被称为'天体生物学'，是天体生物学的一个分支。《星际迷航：发现号》中的飞船工程师就是一位天体菌物学家，但这确实是一个真正的研究领域，而且越来越重要。真菌进入太空的历史悠久，一旦进入太空就会产生严重影响。"俄罗斯和平号空间站在老化过程中经历了真菌污染。舷窗变得模糊不清，塑料和金属被腐蚀，进而引发故障，空间站的结构也受到更广泛的关注。1997年1月15日，亚特兰蒂斯号航天飞机在接近对接时看到的俄罗斯和平号空间站。图片来源：美国国家航空航天局西蒙斯教授补充道："国际空间站的乘员活动室也有自己的问题，较高的湿度导致墙壁受到真菌污染。他们必须定期进行大量的清洁和消毒工作，以防止真菌污染。在像国际空间站这样的封闭系统中，任何时候只要有生物膜（真菌用来保持原位）生长，就会出现问题。这可能是一个严重的问题，因为真菌还可能引发宇航员的感染或过敏反应，而宇航员的免疫系统本身在太空中就处于抑制状态。相反，许多真菌种类在微重力条件下似乎会促进其生长--我们目前研究的一部分就是试图更好地了解其中的原因。"在国际空间站上观察到的真菌，生长在俄罗斯扎里亚舱的一块面板上，那里晾晒着运动服。图片来源：NASA/ESA有些真菌总是会进入太空，坚韧的真菌孢子能够附着在各种表面和组织上，比如人体。实际上，航天器洁净室从来都不是纯净的；生物调查显示，它们是真菌和其他微生物的家园。澳门科技大学研究小组成员安德烈-安图内斯（AndréAntunes）说："在我们冒险进入太空的过程中，我们永远无法完全摆脱真菌，因此我们需要了解它们。"超重力测试后的真菌扫描电子显微镜，由欧空局材料和电子元件实验室通过HyperGES计划为澳门大学团队使用欧空局的大直径离心机进行的。图像直径约为100微米，即十分之一毫米宽。图片来源：欧空局"此外，它们还提供了积极的机遇和风险。在地球上，真菌被用来制造食物（如发酵用的酵母）、药物、工业用的化学酶以及许多领域使用的金属纳米粒子。在未来的太空定居中，可以利用真菌来满足不同类型的需求，包括回收利用或从行星表面开采必要的矿物质。这些被认为是帮助降低成本和确保载人太空探索可持续性的关键所在。"澳门科技大学该项目的负责人玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（MartaFilipaSimões）在欧空局的大直径离心机上观察暴露在超重力下的真菌物种。图片来源：UNOOSA即将开展的HyperGES研究下一个在大直径离心机上进行实验的HyperGES团队来自泰国玛希隆大学。该团队将研究地球上最小的开花植物--水草（甚至比人们更熟悉的浮萍还要小）--如何对重力水平的变化做出反应，以评估其对天基生命支持系统的有用性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399887.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399887.htm

研究证明反物质对引力的反应与物质无异

研究证明反物质对引力的反应与物质无异十七世纪，艾萨克-牛顿在观看了苹果从树上掉落的过程后，提出了他的万有引力理论。几个世纪后，阿尔伯特-爱因斯坦提出了广义相对论，该理论至今仍是对万有引力最成功、最经得起检验的描述。然而，反物质却不为爱因斯坦所知。1928年，英国物理学家保罗-狄拉克（PaulDirac）提出理论，认为每一种粒子都存在相应的反粒子，并预言了正电子（或反电子）的存在。从那时起，关于引力和反物质之间的相互作用就有了很多猜测，有人认为反物质被引力排斥，也有人认为它被引力吸引。欧洲核子研究中心（CERN）的反氢激光物理装置（ALPHA）合作组织的一项新研究可能已经解决了这一争论，该研究发现反氢原子（氢的反物质对应物）落到地球上的方式与其物质对应物相同。这项研究的通讯作者杰弗里-杭斯特（JeffreyHangst）说："在物理学中，只有通过观察才能真正了解某些东西。这是首次直接观察到引力对反物质运动影响的实验。这是反物质研究中的一个里程碑，由于反物质在宇宙中明显不存在，它仍然让我们感到神秘。"ALPHA实验涉及在捕获装置中制造、捕获和研究反氢原子。反氢原子是电中性和稳定的反物质粒子，因此非常适合研究反物质的引力行为。反氢是由反质子和正电子这两种反粒子组合而成的。反质子是一种亚原子粒子，质量与质子相同，但带有负电荷。ALPHA小组最近建造了一个名为ALPHA-g的垂直仪器，其中的"g"表示当地的重力加速度，对于物质而言，重力加速度为32.2英尺/秒2（9.81米/秒2）。ALPHA-g可以测量反氢原子与相应物质相遇时的垂直位置--这一过程被称为湮灭--一旦捕获器的磁场关闭，原子就会逃逸。研究人员每次捕获一组约100个反氢原子。然后，他们通过逐渐减小顶部和底部捕获器磁铁中的电流，在20秒内缓慢释放原子。根据计算机模拟预测，20%的原子将从陷阱顶部释放，80%的原子将从底部释放，这一差异是由重力向下效应造成的。研究人员对七次释放试验的结果进行了平均，发现反原子从顶部和底部流出的比例与模拟结果一致。也就是说，反氢原子的下落方式与氢原子在1克（即正常重力）下的下落方式相同。利用ALPHA-g仪器，研究人员有效地重现了伽利略著名的重力实验。据传说，这位意大利科学家从比萨斜塔顶端投下不同重量的铁球，它们同时落地，这表明重力会使不同质量的物体以相同的加速度下落。研究人员表示，他们的发现排除了存在排斥性"反引力"的可能性，但目前的研究仅仅标志着对反物质引力性质进行详细、直接研究的开始。Hangst说："我们花了30年的时间才学会如何制造这种反原子，如何抓住它，以及如何很好地控制它，以至于我们能够以一种让它对引力敏感的方式将它实际投放下去。下一步是尽可能精确地测量加速度。我们想测试物质和反物质是否真的以同样的方式坠落。"这项研究发表在《自然》杂志上，在下面这段由欧洲核子研究中心制作的视频中，杰弗里-杭斯特解释了ALPHA-g的工作原理、反物质引力实验的原因和结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386881.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386881.htm

NASA在国际空间站的冷原子实验室开创太空量子化学先河

NASA在国际空间站的冷原子实验室开创太空量子化学先河美国国家航空航天局的冷原子实验室。资料来源：美国国家航空航天局量子工具已经应用于从手机、全球定位系统到医疗设备的方方面面。未来，它们可以用来加强对包括我们自己的星球在内的行星的研究，帮助解开宇宙之谜，同时加深我们对自然基本规律的理解。这项由地球上的科学家远程完成的新工作在11月16日出版的《自然》（Nature）杂志上做了介绍。这段动画描述了美国国家航空航天局冷原子实验室内使用的六台经过精密调谐的激光器，用于减慢原子速度，降低原子温度。科学家们现在可以利用该实验室来观察不同类型的原子在这种低温下是如何相互作用的。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院有了这项新功能，冷原子实验室现在不仅可以研究单个原子的量子特性，还可以研究量子化学，后者主要研究不同类型的原子在量子态下如何相互作用和相互结合。研究人员将能够利用冷原子实验室进行更广泛的实验，并更多地了解在微重力条件下进行实验的细微差别。这些知识对于利用这一独一无二的设施开发新的天基量子技术至关重要。推进量子化学我们周围的物理世界依赖于原子和分子按照既定规则结合在一起。但不同的规则会因原子和分子所处的环境（如微重力）而起主导或削弱作用。利用冷原子实验室的科学家们正在探索原子的量子特性主导其行为的情景。例如，原子和分子的行为不像固体台球，而更像波。在其中一种情况下，双原子或三原子分子中的原子可以保持结合在一起，但距离却越来越远，几乎就像分子变得蓬松一样。要研究这些状态，科学家首先需要让原子减速。为此，他们需要将原子冷却到比物质所能达到的最低温度高几分之一的温度（见下面的视频），这个温度远远低于自然宇宙中的任何温度：绝对零度，即零下459华氏度（零下273摄氏度）。美国国家航空航天局国际空间站上的冷原子实验室将原子冷却到绝对零度以上十亿分之一的温度，即原子完全停止运动的温度。宇宙中没有任何地方的原子能自然达到这个温度。但科学家是如何完成这一壮举的呢？这是一个分三步进行的过程，首先，科学家用精确调谐的激光击打原子，使其减速。物理学家已经在地面上的冷原子实验中制造出了这种蓬松的分子，但它们极其脆弱，要么很快碎裂，要么又坍缩回正常的分子状态。因此，人们从未对有三个原子的放大分子进行过直接成像。在空间站的微重力环境中，脆弱的分子可以存在更长时间，并有可能变大，因此物理学家们很高兴能开始利用冷原子实验室的新能力进行实验。物理学的新前沿这些类型的分子在自然界中可能并不存在，但它们有可能被用来制造灵敏的探测器，例如可以揭示磁场强度的微妙变化，或任何其他导致它们破裂或坍缩的干扰。美国宇航局南加州喷气推进实验室的杰森-威廉姆斯（JasonWilliams）是冷原子实验室的项目科学家，也是这项新研究的合著者之一。他说："这就像我们发现了一把锤子，而我们才刚刚开始研究使用它的所有方法。"NASA的冷原子实验室让科学家们能够在自由的微重力环境中研究原子的量子本质。了解量子科学如何促进手机和计算机等日常技术的发展，以及冷原子实验室如何为新的突破铺平道路。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院使用含有两种原子的量子气体的一种可能方法是测试一种叫做等效原理的概念，该原理认为，无论物体的质量如何，重力对所有物体的影响都是相同的。许多物理老师都会演示这一原理，将一根羽毛和一个锤子放在密封的真空室中，并证明在没有空气摩擦的情况下，两者下落的速度相同。1971年，阿波罗15号宇航员大卫-斯科特（DavidScott）在月球表面做了这个实验，而不需要真空室。科学家们利用一种名为原子干涉仪的仪器，已经在地球上进行了实验，看看等效原理在原子尺度上是否成立。在空间站的微重力环境中，利用含有两种原子的量子气体和干涉仪，他们可以比在地球上更精确地测试该原理。这样做，他们可能会了解到是否有一点重力不能平等对待所有物质，这表明阿尔伯特-爱因斯坦的广义相对论包含一个可能产生重大影响的小错误。等效原理是广义相对论的一部分，是现代引力物理学的支柱，它描述了行星和星系等大型天体的行为方式。但现代物理学的一个主要谜团是，为什么引力定律似乎与量子物理学定律不一致，而量子物理学定律描述的是原子等小物体的行为。这两个领域的定律在各自的大小范围内被一再证明是正确的，但物理学家却无法将它们统一为对宇宙整体的单一描述。寻找爱因斯坦理论无法解释的万有引力特征是寻找统一方法的途径之一。开发先进传感器科学家们已经有了在冷原子实验室的微重力环境下测试基础物理学的想法。他们还提出了利用双原子干涉仪和量子气体进行高精度重力测量的天基实验，以了解宇宙加速膨胀背后的神秘驱动力--暗能量的性质。他们所学到的知识可能有助于开发应用广泛的精密传感器。这些传感器的质量将取决于科学家们对这些原子在微重力下的行为，包括这些原子之间如何相互作用的了解程度。引入磁场等工具来控制原子，可以使它们像油和水一样相互排斥，或者像蜂蜜一样粘在一起。了解这些相互作用是冷原子实验室的一个关键目标。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398071.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398071.htm

在太空中冷却原子 NASA的先锋量子科学实验室日臻完善

在太空中冷却原子NASA的先锋量子科学实验室日臻完善美国国家航空航天局（NASA）的冷原子实验室以其量子研究能力而闻名，该实验室进行了一次重大的硬件升级，以增强其实验能力，从而有可能开创一个先进的量子空间任务时代。来源：美国国家航空航天局该实验室约有一个小冰箱大小，有时被称为已知宇宙中最酷的地方，因为它能够将原子冷却到几乎绝对零度。它能让地球上的几十位科学家进行量子科学实验，研究构成我们周围世界的原子和粒子的基本行为。量子科学领域为激光、晶体管（智能手机和计算机的关键部件）、GPS卫星和医疗设备等日常技术的发展铺平了道路。该领域未来的进步有望改善天基导航和通信。冷原子实验室任务团队的一名成员正在量子观测模块上工作。该实验室是一个量子科学设施，自2018年以来一直在国际空间站上运行。该模块是实验室科学能力的升级版。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院冷原子实验室安装于2018年，是首个同类设施，任务团队经历了一段陡峭的学习曲线，因为他们要弄清楚如何在空间站的失重环境中远程完成在地球上设计的实验。新的硬件--团队称之为量子观测器模块--融合了冷原子实验室运行五年来的一些经验教训。美国宇航局喷气推进实验室冷原子实验室项目科学家杰森-威廉姆斯（JasonWilliams）说："我们在冷原子实验室上进行的实验有朝一日将使我们能够以前所未有的精度测量重力，这是在太空中非常有价值的工具。"评估行星或月球密度分布的方法之一是测量整个表面的重力变化，因此科学家可以从轨道上探测不同世界的组成，或跟踪地球上水的运动。测量重力还能让科学家测量航天器的加速度，从而用于精确的太空导航。冷原子实验室是在国际空间站上运行的量子科学设施，其大小与一个小冰箱差不多。该实验室由南加州的JPL远程操作，已经进行了数十次原子和粒子量子性质的实验。图片来源：NASA/JPL-Caltech此外，量子传感器还可用于研究暗物质和暗能量等宇宙学奥秘的天基任务。暗物质是一种看不见的物质，它将宇宙中的物质聚集在一起，而暗能量则是一种更加神秘的现象，它导致宇宙加速膨胀。虽然冷原子实验室不需要宇航员协助其日常运作，但今年秋天将有一名宇航员安装量子观测模块。宇航员曾为实验室以前的升级和维修提供过支持。8月1日，诺斯罗普-格鲁曼公司的天鹅座号补给飞船从美国宇航局位于弗吉尼亚州的瓦勒普斯飞行设施升空，飞船上载有8200多磅科学调查和国际空间站货物，包括冷原子实验室的硬件升级。信用：NASA/JPL-Caltech原子和粒子是宇宙中所有已知物质的组成部分。然而，它们的行为并不总是像它们组成的大物体一样。它们的量子特性意味着，它们可以在表现为固体物体和表现为波之间摇摆，因此它们有时似乎同时出现在两个地方。它们还能瞬间穿过物理障碍，这种现象被称为量子隧道。冷原子实验室使研究原子的量子行为变得更加容易。方法之一是将原子冷冻到比物质所能达到的最低温度（绝对零度）高几分之一度。这使得原子的运动速度更慢，从而更容易对它们进行研究。此外，在这种温度下，一些原子可以共同形成玻色-爱因斯坦凝聚态，在这种物质状态下，可以在宏观尺度上观察到它们的量子行为，而这种行为通常是微观的。(请看下面的视频）。几十年来，科学家们一直在地面上进行冷原子实验，但在地球上，在真空室中研究的原子会因重力而迅速坠落地面。而在冷原子实验室内，原子可以长时间失重漂浮，这样科学家就有更多的时间来操纵它们，研究它们的行为和演化过程。研究人员还可以将超冷原子操纵成气泡和其他在地球上无法形成的独特形状。这揭示了不同的几何形状如何影响量子材料的行为。冷原子实验室的升级将为设施内的每项实验多生产两到三倍的原子。威廉姆斯说："这就好比升级到分辨率更高的望远镜。"有了更多的原子，科学家们就可以在每次实验中收集更多的数据，还可以扩大实验的种类。"科学家们将能更细致地观察超冷原子的行为，包括它们在演变过程中的物理动态以及它们之间的相互作用。由于原子云在膨胀过程中会自然冷却，更多的原子也意味着原子在完全分散之前可以达到更低的温度。JPL的冷原子实验室项目经理KamalOudrhiri说："我们希望冷原子实验室将标志着一个在太空中经常使用量子工具的时代的开始。因为有了冷原子实验室，我们已经证明这些精密的量子工具在太空中是可靠的，甚至是可以升级的。我们希望冷原子实验室只是未来众多量子太空任务中的第一个。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379349.htm