从罗马文物到科技宝藏 2000年前的玻璃碎片帮助揭开未来的秘密

从罗马文物到科技宝藏2000年前的玻璃碎片帮助揭开未来的秘密研究人员发现，古罗马玻璃碎片经过几个世纪的变迁，其中含有光子晶体，具有潜在的现代技术用途。这些发现不仅提供了对古代材料的深入了解，还反映了罗马的历史和环境演变。(古罗马玻璃表面的光子晶体显微镜视图）。图片来源：GiuliaGuidetti现在，这些微小的玻璃碎片从建筑工地和考古挖掘中被发现，并展现出非同寻常的一面。它们的表面镶嵌着蓝色、绿色和橙色等五彩缤纷的颜色，有些还显示出闪闪发光的金色镜面。这些美丽的玻璃制品通常被镶嵌在珠宝中作为吊坠或耳环，而更大更完整的器物则被陈列在博物馆中。对于塔夫茨大学Silklab工程学教授、材料科学专家奥梅内托和圭代蒂来说，令人着迷的是玻璃中的分子如何经过数千年的重新排列并与矿物质重新组合，形成所谓的光子晶体--原子的有序排列，以非常特殊的方式过滤和反射光线。光子晶体在现代科技中有许多应用。它们可用于制造波导、光开关和其他设备，在计算机和互联网上实现快速光通信。由于光子晶体可以阻挡特定波长的光，同时允许其他波长的光通过，因此可用于滤波器、激光器、镜子和防反射（隐形）装置。在最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究中，奥梅内托、圭代蒂及其合作者报告了由玻璃的原始硅酸盐和矿物成分形成的独特原子和矿物结构，这些结构受周围环境的pH值和土壤中地下水位波动的影响。这个项目始于一次参观意大利理工学院（IIT）文化遗产技术中心的偶然机会。欧梅内托说："架子上这块闪闪发光的美丽玻璃吸引了我们的注意。"这是一块在意大利阿奎莱亚古城附近发现的罗马玻璃碎片。中心主任阿里安娜-特拉维吉亚说，她的团队亲切地称它为'Wow玻璃'。他们决定仔细观察一下。研究人员很快意识到，他们看到的是大自然对光子晶体的纳米加工。奥梅内托说："在泥浆中沉积了两千年的玻璃，最终却成为了纳米光子元件的教科书式范例，这真的很了不起。"根据印度理工学院团队的化学分析，这块玻璃碎片的年代在公元前1世纪到公元前1世纪之间，产地是埃及的沙地--这表明了当时的全球贸易。这块玻璃碎片的主体保留了其原有的墨绿色，但在其表面有一毫米厚的铜锈，几乎呈现出完美的镜面金色反光。奥梅内托和圭代蒂使用了一种新型扫描电子显微镜，它不仅能显示材料的结构，还能提供元素分析。这种仪器能以高分辨率告诉我们材料是由什么构成的，以及元素是如何组合在一起的。他们可以看到，铜绿具有一种分层结构，由高度规则、微米厚的二氧化硅层组成，密度高低交替，类似于被称为布拉格叠层的反射器。每个布拉格堆栈都能强烈反射不同的、波长相对较窄的光线。数十个布拉格叠层的垂直堆积形成了铜绿的金色镜面外观。这种结构是如何逐渐形成的呢？研究人员提出了一种可能的机制，这种机制经过了几个世纪的耐心研究。圭代蒂说："这很可能是一个腐蚀和重建的过程。周围的粘土和雨水决定了矿物质的扩散和玻璃中二氧化硅的周期性腐蚀。与此同时，结合二氧化硅和矿物质的100纳米厚的层也在循环组装。其结果是数百层结晶材料形成了令人难以置信的有序排列"。奥梅内托补充说："虽然玻璃的年龄可能是其魅力的一部分，但在这种情况下，如果我们能在实验室中大大加快这一过程，我们可能会找到一种方法来生长光学材料，而不是制造它们。"衰变和重建的分子过程与罗马城本身有一些相似之处。古罗马人热衷于建造长久的建筑，如渡槽、道路、圆形剧场和神庙。其中许多建筑成为了城市地形的基础。几个世纪以来，这座城市层层发展，建筑物随着战争、社会动荡和时间的流逝而兴衰。在中世纪，人们利用残破和废弃的古建筑材料进行新建。在现代，街道和建筑往往直接建在古代地基之上。圭代蒂说："玻璃表面生长的晶体也反映了城市发展过程中地表条件的变化，是城市环境历史的记录。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404573.htm

超乎寻常的速度：光子时间晶体将掀起光学革命

超乎寻常的速度：光子时间晶体将掀起光学革命研究人员制造出了近可见光谱的光子时间晶体，这可能会给光科学应用带来革命性的变化。这一突破扩大了人们以前对光子时间晶体的认识范围，以前人们只能在无线电波中看到光子时间晶体。该研究的作者认为，在光域中维持光子时间晶体的能力可能会对光科学产生深远影响，使未来真正具有颠覆性的应用成为可能。PTC是一种折射率随时间快速升降的材料，在时间上等同于光子晶体，其中的折射率在空间中周期性振荡，导致了珍贵矿物和昆虫翅膀的虹彩等现象。测量单周期时间折射的实验装置。资料来源：EranLustig等人只有当折射率的升降与相关频率电磁波的单周期一致时，PTC才是稳定的。在这项新研究中，第一作者、以色列海法以色列理工学院的莫德凯-塞格夫（MordechaiSegev）与合作者、美国印第安纳州普渡大学的弗拉基米尔-沙拉耶夫（VladimirShalaev）和亚历山德拉-博尔塔塞娃（AlexndraBoltasseva）及其团队，发送了波长为800纳米的极短（5-6飞秒）激光脉冲，穿过透明导电氧化物材料。这引起了折射率的快速变化，使用波长稍长（近红外）的探针激光束对这种变化进行了探索。当材料的折射率恢复到正常值时，探针光束迅速红移（即波长增加），然后蓝移（波长减少）。通过ITO样品的44fs探针脉冲的透射光谱图，适用于不同时间宽度的调制器脉冲。资料来源：EranLustig等人。每一次折射率变化所需的时间都微乎其微--不到10飞秒，因此也在形成稳定的PTC所需的单周期内。Segev说："晶体中被激发出高能量的电子一般需要十倍以上的时间才能弛豫回基态，许多研究人员认为我们在这里观察到的超快弛豫是不可能的。我们还不清楚它是如何发生的。"论文合著者Shalaev进一步指出，在光域中维持PTC的能力（如本文所展示的）将"开启光科学的新篇章，实现真正的颠覆性应用"。然而，我们对这些可能的应用知之甚少，就像20世纪60年代的物理学家对激光可能的应用知之甚少一样。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381543.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381543.htm

新研究揭示古希腊和古罗马几乎不存在痴呆症

新研究揭示古希腊和古罗马几乎不存在痴呆症南加州大学最近的一项分析显示，可以追溯到2500年前的医学文献很少提到严重的记忆力衰退，这表明现代广泛存在的痴呆症源于现代环境和生活方式。这项由南加州大学领导的研究发表在《阿尔茨海默病杂志》上，进一步证实了阿尔茨海默病和相关痴呆症是现代环境和生活方式造成的疾病这一观点，而久坐不动和暴露于空气污染在很大程度上是罪魁祸首。古希腊和古罗马的观察第一作者、南加州大学莱昂纳德-戴维斯老年学学院大学教授凯莱布-芬奇（CalebFinch）说："古希腊人很少很少--但我们发现了类似轻度认知障碍的状况。"第一作者、南加州大学莱昂纳德-戴维斯老年学学院大学教授凯莱布-芬奇说："当我们研究到罗马人时，我们发现至少有四种说法暗示了罕见的晚期痴呆病例--我们无法判断这是否是阿尔茨海默氏症。因此，从古希腊人到罗马人是一个渐进的过程"。古希腊人认识到，衰老通常会带来我们认为是轻度认知障碍或MCI的记忆问题，但不会像阿尔茨海默氏症和其他类型的痴呆症那样导致记忆、语言和推理能力的严重丧失。芬奇和合著者、加州州立大学洛杉矶分校历史学家斯坦利-伯斯汀（StanleyBurstein）仔细研究了希波克拉底及其追随者撰写的大量古代医学著作。文中列举了老年人的疾病，如耳聋、头晕和消化系统疾病，但没有提到记忆力衰退。几个世纪后的古罗马也提到了这一点。盖伦指出，一些老人到了80岁就开始难以学习新事物。老普林尼（PlinytheElder）指出，元老和著名演说家瓦莱里乌斯-梅萨拉-科维努斯（ValeriusMessallaCorvinus）甚至忘记了自己的名字。环境因素与提斯曼人研究芬奇推测，随着罗马城市越来越密集，污染也越来越严重，从而导致认知能力下降。此外，罗马贵族使用含铅厨具、含铅水管，甚至在葡萄酒中添加醋酸铅以增加甜味--在不知不觉中，他们自己也中了这种强力神经毒素的毒。一些古代作家认识到了含铅材料的毒性，但直到20世纪，在解决这一问题方面进展甚微。一些学者将罗马帝国的灭亡归咎于铅中毒。在撰写这篇论文时，芬奇不仅想到了罗马帝国或希腊人。在缺乏古希腊和古罗马人口数据的情况下，芬奇转向了一个令人惊讶的古代老龄化模型：今天的美洲印第安提斯曼人（Tsimane），玻利维亚亚马逊河流域的一个土著民族。与古希腊和古罗马人一样，提斯曼人的生活方式也是工业化前的生活方式，他们非常喜欢运动，而且痴呆症的发病率极低。由南加州大学伦纳德-戴维斯学院心理学、老年学和预防医学教授玛格丽特-加茨领导的一个国际认知研究小组发现，在提斯曼老年人中，只有约1%患有痴呆症。与此形成鲜明对比的是，根据美国阿尔茨海默氏症协会（Alzheimer'sAssociation）的数据，生活在美国的65岁及以上老年人中有11%患有痴呆症。芬奇说："提斯曼的数据相当深入，非常有价值。这是记录最详实的老年痴呆症发病率极低的庞大人群，所有这些数据都表明，环境是痴呆症风险的一个巨大决定因素。他们为我们提供了一个提出这些问题的模板。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425232.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425232.htm

富裕的古罗马人可能闻起来像20世纪的嬉皮士

富裕的古罗马人可能闻起来像20世纪的嬉皮士2019年，在西班牙卡莫纳（Carmona）的一栋房子施工期间，工人们发现了一个来自古罗马的陵墓。考古学家获准进入该地点，他们发现的东西之一是一个布袋，里面有三颗琥珀珠子和一个用透明石英制成的双耳瓶。这个罐子被称为unguentarium，在被发现时，仍然用沥青和一种被称为白云石的石灰岩制成的塞子密封。这种密封方法在很大程度上保留了瓶中内容的痕迹，即一种药膏，科尔多瓦大学的研究人员对其进行了检查，并刚刚公布了他们的研究结果。尽管软膏不再有气味，但科学家们使用了包括气相色谱法、质谱法、X射线扩散法等技术，以区分该物质的成分，并确定它在制作时发出的气味类型。他们的结论是，这种软膏由植物油基质组成，其中的广藿香来自原产于印度的Pogostemoncablin植物。在这项研究之前，广藿香在古罗马的使用是未知的。同样不为人知的是，使用白云石塞子和沥青将其封住，使其防水，是一种很好的防腐方式。虽然现在在商店里经常可以找到相对便宜的广藿香，但研究人员认为，这种古代的软膏可能属于一个相当富裕的家庭。这是因为在古罗马，大多数香水都储存在吹制的玻璃容器中。研究人员说，用水晶雕刻出一个罕见的小瓶所花费的时间和技巧，可能表明墓中的居民来自富有的阶层。研究人员写道："在罗马时代，石英器皿是非常罕见的奢侈品，在卡莫纳附近已经发现了几个这样的东西。因此，这个unguentarium对于一个考古遗址来说是一个相当不寻常的发现，更不寻常的是它被紧紧地挡住了，并且包含了一个固体块。这提供了一个独特的机会来确定曾经装在unguentarium中的物质的化学成分--从容器的性质来看，很可能是高质量的香水或化妆品"。除了药膏之外，研究人员还在墓中发现了装有三名成年女性和三名成年男性骨灰的骨灰盒，以及在葬礼仪式上使用的物品，包括祭品和餐具。装有药膏的水晶瓶是在一个装着30至40岁妇女遗体的玻璃瓮中发现的。研究人员在发表在《遗产》杂志上的一篇论文中写道："据我们所知，这可能是第一次发现罗马时代的香水，这是该领域的一个重大进展。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361923.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361923.htm

阿波罗月球岩石中的晶体揭示了月球的真实年龄

阿波罗月球岩石中的晶体揭示了月球的真实年龄1972年，阿波罗17号宇航员哈里森-施密特（HarrisonSchmitt），身上沾满了月球尘埃。研究人员对这次任务中的月球晶体进行了测定，发现月球的年龄为44.6亿年--比之前认为的要早4000万年。资料来源：美国国家航空航天局"这些晶体是巨型撞击后形成的已知最古老的固体。"菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克流星学和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任、芝加哥大学教授、本研究的资深作者菲利普-赫克（PhilippHeck）说："因为我们知道这些晶体的年龄，所以它们是月球年表的锚。"显微镜下的月球晶体颗粒这一发现源于赫克与该研究的第一作者詹妮卡-格里尔（JennikaGreer）的合作，当时她还是菲尔德博物馆和芝加哥大学的博士候选人。"我们的共同作者张必东（BidongZhang）和奥德丽-布维尔（AudreyBouvier）找到了我们，他们需要对这些样本进行纳米级的观察，以便全面了解它们，"格雷尔说，她现在是格拉斯哥大学的助理研究员。研究中使用的月球尘埃样本是阿波罗17号宇航员在1972年最后一次载人登月任务中带回的。这些尘埃含有数十亿年前形成的微小晶体。这些晶体是月球形成时间的线索。当火星大小的物体撞击地球并形成月球时，撞击的能量融化了最终成为月球表面的岩石。"当月球表面像这样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的，"赫克说。"否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"月球晶体的微小锐尖。图片来源：JennikaGreer由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。该研究的共同作者张必东（BidongZhang）之前的一项研究已经提出了这一年龄，但最近的这项研究首次使用了一种名为原子探针断层扫描的分析方法，"确定"了这一已知最古老月球晶体的年龄。格里尔说："在原子探针层析技术中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样品削成一个非常尖锐的尖端，就像一个非常漂亮的卷笔刀。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"主要作者JennikaGreer正在使用原子探测器。资料来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）利用西北大学的仪器进行的这种逐原子分析，显示了月岩晶体内部有多少原子发生了放射性衰变。当原子核中的质子和中子构型不稳定时，原子就会发生衰变，脱落部分质子和中子，转化为不同的元素。例如，铀衰变成铅。科学家已经确定了这一过程需要多长时间，通过观察样本中不同铀原子和铅原子（称为同位素）的比例，他们就可以知道样本的年龄。"辐射测年的原理有点像沙漏，"赫克说。"在沙漏中，沙子从一个玻璃球流向另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的堆积来表示。辐射测年法的工作原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝"。研究人员发现的铅同位素比例表明，样本的年龄约为44.6亿年。因此，月球至少有这么古老。"能够证明你手中的这块岩石是我们迄今为止发现的月球最古老的部分，这真是令人惊叹。这是许多关于地球问题的锚点。"格里尔说："当你知道某样东西有多古老时，你就能更好地理解它在历史上发生了什么。"赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴--它稳定了地球的自转轴，是一天有24小时的原因，也是我们有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391949.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391949.htm

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年西北大学的科学家参与了对宇航员在阿波罗17号任务中采集的月球样本的分析。通过分析1972年阿波罗17号任务中收集的月球微小晶体，科学家们修正了月球的估计年龄。以前认为月球的年龄为44.25亿年，新的分析表明月球的年龄约为44.6亿年，比以前的估计年龄大4000万年。在菲尔德博物馆和格拉斯哥大学研究人员的领导下，西北大学的原子探测断层扫描设备使这项研究成为可能，它"确定"了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在月球尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员得以拼凑出月球形成的时间表。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。太空研究的技术演变西北大学的迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）是这项研究的合著者之一，他说："这项研究证明了自1972年最后一次载人月球任务返回地球以来，我们取得了巨大的技术进步。这些样本是在半个世纪前被带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微观分析，包括原子探针层析成像"。显微镜下的月球锆石晶粒。资料来源：JennikaGreer通过逐原子分析，研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子发生了放射性衰变。当一个原子发生衰变时，它会脱落质子和中子，转化成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。由于科学家已经确定了这一过程需要多长时间，因此他们可以通过观察铀原子和铅原子的比例来评估样本的年龄。该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普-赫克（PhilippHeck）说："放射性测年的原理有点像沙漏。在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的积累来表示。辐射测年的原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝。"Isheim是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的研究副教授，同时也是西北大学原子探针断层扫描中心(NUCAPT)的负责人。麦考密克材料科学与工程荣誉教授、NUCAPT创始主任大卫-塞德曼（DavidSeidman）也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克陨石和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授JennikaGreer是这项研究的第一作者。研究开始时，她还是赫克实验室的博士生。主要作者詹妮卡-格里尔正在使用原子探测器。图片来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）月球的形成年代40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨大天体撞上了地球。巨大的块体脱离地球形成了月球，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。赫克说："当月球表面像那样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探测层析成像仪器。格里尔说："在原子探针层析成像中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常锋利的尖端，就像一个非常漂亮的削铅笔器。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"在确定了样本中的材料并进行了辐射测定之后，研究人员得出结论，最古老的晶体大约有44.6亿年的历史。这意味着月球至少有这么古老。赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴。它稳定了地球的自转轴。它是一天有24小时的原因。它是我们拥有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401761.htm