管窥天文、地理、数学、物理、医学、化学等自然学科的奥妙

http://www.sina.com.cn 2006年05月19日 18:36 北京科技报
科技时代_研究称宇宙年龄超想像 可能经历多次大爆炸
研究称宇宙可能经历多次大爆炸

  宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在1948年提出来的。这个理论认为,宇宙开始是个高温致密的火球,它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度,这个火球发生了剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低,宇宙早期存在的微粒在引力作用下不断聚集,最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。

  这一理论体系被称为“宇宙大爆炸模型”,与DNA双螺旋模型、地球板块模型、夸克模型一起,被认为是20世纪科学中最重要的四个模型。

  宇宙始于何时?将止于何时?这是宇宙留给人类最为神秘,也最难解释的谜题。虽然宇宙大爆炸说已经深入人心,人们已经默认了宇宙诞生于近140亿年前的一次大爆炸中,宇宙万物、星系、地球、生命都是在大爆炸之后逐渐形成的。然而,在这个理论出世之后,很多人也提出了另外一个问题:在宇宙大爆炸之前发生了什么?5月5 日《科学》杂志上发表的一篇研究论文称解答了这个让科学家们为之争论不休的谜题。美国普林斯顿大学的波尔·施泰恩加德和英国剑桥大学的尼尔·图尔克这两名理论物理学家在这篇论文里共同提出了一个理论,即宇宙大爆炸发生了不止一次,宇宙一直经历着“生死轮回”的过程,而我们所认为的140亿年前的宇宙大爆炸并非宇宙诞生的绝对起点,那只是宇宙的一次新生。

  谁让宇宙加速膨胀

  让科学家们注意到宇宙大爆炸不仅只有一次的是被科学家抛弃后又重新拾起的“宇宙常量”。所谓宇宙常量,是对真空中的能量的数学表述,并用希腊字母的第11个字母“拉姆达”表示,这种能量也被认为是神秘的“暗能量”,而这种神秘能量正在让宇宙不断加速膨胀。

  美国太空网5月8日对英美科学家这一研究的报道中称,当初爱因斯坦首次提出宇宙常量时,是想证明在宇宙间存在一种能量抗衡着星体间的重力作用,使得各星体不会因为相互的吸引而合到一起,最终让整个宇宙的物质都融合成一体,因此他也想证明宇宙是静止的,没有生长也没有萎缩。但没过多久,爱因斯坦就抛弃了这个理论,他称自己犯下了一生“最大的错误”。因为经他自己的广义相对论公式的计算,宇宙正在膨胀,而天文学家埃德温-哈勃经过观察也证实了宇宙确实在膨胀。

  20世纪90年代末期,“拉姆达”被科学家们重新拾起,这时一些天文学家发现宇宙不仅仅在膨胀,而且速度正在加快,科学家们不知道是什么样的神秘力量导致了这一结果,于是“暗能量”这个词便产生了。并且科学家们认为“暗能量”就是宇宙常量“拉姆达”,在宇宙大爆炸后“拉姆达”没有和重力“平分天下”,保持宇宙的平衡,而是从重力手中夺权,使星体间越来越远,宇宙不断膨胀。

  宇宙常量应该几何

  宇宙常量该有多大,这是宇宙大爆炸发生次数的关键。美英科学家波尔·施泰恩加德和尼尔·图尔克就是在对宇宙常量的大小计算中发现了宇宙大爆炸不应该只发生了一次。

  科学界一直都试图解释的一个问题是为什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好,刚好让生命存在。如果“拉姆达”太大,那么宇宙就会在大爆炸后立刻迅速膨胀并撑破,就像吹爆的气球,那么生命就不可能在百亿年后存在了。 波尔教授在接受太空网的采访中说:“‘拉姆达’的值是物理学中最神秘的事物之一。它让我们非常的迷惑。”甚至科学界出现了“人择原理”,即宇宙常量恰当地选择了人类生存,而人类也恰好选择了在这样一个常量条件下出现,而人类又回头研究着为什么宇宙常量大小会刚好让人类生存。这听起来确实不可思议,尼尔教授称:“这简直太糟了,真的该被抛弃了。这个理论就是想说明人类永远不会了解宇宙的奥秘,这就是我们的生存之道。”

  为了找到“人择原理”之外合理的解释,两位科学家利用宇宙大爆炸模型计算宇宙常量,但得到的结果要比实际观测到的宇宙常量大得多,是实际值的10的100次方倍,也就是根本不适合现在宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小说到底还关系到人类的生存。因此波尔教授和尼尔教授认为在宇宙大爆炸后宇宙常量(也就是“暗能量”)都会随着时间的推移而减弱。但是经过进一步的计算后,他们发现140亿年根本不够将爆炸后的值减弱的现在这个值。剑桥大学的尼尔教授说:“人们认为时间开始于那次大爆炸,但从没有一个合理的解释。而我们的推论看起来就非常的激进:在宇宙大爆炸之前是存在时间的。”

  大爆炸不止一次发生 宇宙年龄超乎科学家想像

  两位科学家的理论颠覆了人们的“常识”,在人们常常猜想时间将止于何时的时候,他们又告诉了人们时间没有起点。既然“拉姆达”的值在近140亿年中减弱到现在这个适合生命存在的值,那么,两位科学家就想到了宇宙大爆炸也许发生了不止一次,每一次的大爆炸都让宇宙常量有所减弱。在产生了现在我们生活的这个宇宙之前,很可能是在万亿年中宇宙大爆炸发生了很多次。尼尔教授说:“我想,宇宙的年龄可能远远大于万亿年。时间没有开始,根据我们的理论宇宙的年龄是无限大的,而宇宙范围也是无限大的。”

  在2002年,这两位科学家就提出了宇宙进化经历着“生死轮回”这个观点。宇宙就是在一次次大爆炸后重生,在每一次的“轮回”中,宇宙都在膨胀中消耗原有的物质,在宇宙常量减弱的同时也产生了一些新的粒子,直到另一次的大爆炸到来,然后新的粒子又形成了新的物质、天体乃至生命。

  如果这两位科学家的假设是正确的,那么下一次的大爆炸将在什么时候到来?尼尔教授说:“不论计算多么准确,我们都无法预料下一次大爆炸的时间,但我们可以说的是,下一次的大爆炸不会在之后的100亿年内发生。”


http://www.sina.com.cn 2008年04月11日 07:16 新浪科技

新研究称大爆炸前还存在一个孪生宇宙(图)
宇宙大爆炸示意图

  新浪科技讯 北京时间4月11日消息,据国外媒体报道,对于有关“大爆炸”以及“大爆炸”之前宇宙状况的一些问题,爱因斯坦的广义相对论也无法解释,科学家也仅仅是提出形形色色的假说。日前,研究人员报告称,在当前宇宙之前还存在另一个宇宙,它们具有诸多相似之处,堪称一对双胞胎!

  “宇宙健忘症”

  过去几年,一种称为“圈量子引力”(Loop Quantum Gravity)的新理论浮出水面。圈量子引力论提出了“量子反弹”的可能性,即在当前宇宙之前还存在一个宇宙,我们的宇宙就诞生于那个宇宙的崩溃。但是,那个宇宙到底是一种怎样的状况,科学家以前知之甚少。如今,墨西哥国立自治大学的物理学家亚历山德罗·克里奇和加拿大多伦多圆周理论物理研究所的物理学家帕拉姆普利特·辛格琢磨出一个简化版圈量子引力模型,给出了一个令人颇感兴趣的答案:大爆炸前的宇宙可能同我们现在的宇宙存在诸多相似之处。

  研究结果将刊登在最新一期美国《物理评论快报》上。辛格在接受PhysOrg网站采访时表示:“这一概念的意义在于,它回答了大爆炸以前宇宙发生的状况。具体情况仍旧是个谜,因为模型只能解开大爆炸奇特之谜,无论另一面是量子泡沫,还是经典时空。比如,如果是量子泡沫,我们就不能以时空、时间概念等等来解释这个问题。我们的研究发现另一面的宇宙同我们的宇宙一样经典。”

  这项研究建立在之前一项研究的基础之上,同时还具有一些重要的差异。去年,美国宾夕法尼亚州立大学物理学家马丁·博约瓦尔德采用简化版圈量子引力模型去演示大反弹“另一面”的宇宙是否可能存在。但是,这个模型虽产生正确的数学证据,但是由于不存在对当前宇宙的观测数据,导致科学家无法了解到大反弹前的宇宙究竟是一个什么样的状态,因为大反弹自始至终没有留下它的任何证据。博约瓦尔德将这种情况描述为“宇宙健忘症”。

  宇宙是自身镜像

  但是,克里奇和辛格在对一种称为“量子约束”的重要方程式有了更为深入的了解之后,改进了简化版圈量子引力理论。两位物理学家利用称为sLQG的简化版模型,研究发现大反弹前宇宙体积和动力相对波动性保存在大反弹过程始终。辛格说:“这意味着两个双胞胎宇宙具有相同的物理学定律,特别是相同的时间概念。物理学定律之所以没有任何变化,是因为它们的演变总是具有整体性,这是量子系统演变的最佳方式。根据我们的推理,从远处看,两个宇宙看上去就像双胞胎,一个人根本无法将它们分辨开来。”

  也就是说,在大反弹之后存在了约137亿年的当前宇宙,同大反弹前存在了约137亿年的宇宙拥有很多共同的特性。从某种意义上讲,我们的宇宙其实是自身的镜像,而“大爆炸”(即大反弹)就是那条对称线。辛格说:“在大反弹前的宇宙中,所有一般特征都是一样的,可能遵循着相同的动力学方程式。根据我们模型的预测,当宇宙的体积是普朗克尺度(Planck size)的100倍左右时,就会发生上述情况。此外,两个宇宙所含物质是相同的,同时还具有相同的演变过程。由于大反弹前的宇宙不断缩小,如此一来,我们仿佛看到了当前宇宙在时间上的逆向发展。”

  克里奇和辛格两位物理学家特别指出,遍及大反弹的相对波动的变化低于10-56,这一数字对一个体积膨胀速度超过一兆差距尺度(megaparsec,约3.3 x 106 光年)的宇宙而言简直太小了。当前宇宙的膨胀速度介于3000至6000兆差距尺度之间。据两位研究人员介绍,拥有一对相同的双胞胎宇宙并不见得两个宇宙的每一个特征都是相同的。打个比方,即使一个人同你有很多相同之处,但是他或她不见得就是你的双胞胎兄弟或姐妹。

  展现未来宇宙模样

  辛格说:“如果一个人能用功能强大的显微镜(探测普朗克尺度的高能实验)察看某些微观特性,就能看到一些方面存在差异之处,这就好比双胞胎有不同的指纹,或者一个人有胎记,另一个人没有一样。”据辛格解释,有关大反弹前宇宙状况的细节,他们仍有诸多疑问。

  他说:“最大的疑问是,这些特征是否能在我们所认为的更复杂状况下幸存下来。例如,有人想要知道存在于以前宇宙中的一些结构,比如星系,是否会在这个不断膨胀的新宇宙中留下一些烙印,诞生一些相同或‘相似’的结构。例如,是否可能发生以下情况:在以前的宇宙中,星系以不同的方式形成,所以,有人猜测大反弹的另一面的星系分布是否会有所不同。我们何时理解了这些模型,那么我们就能解答这个问题了。”

  最终,克里奇和辛格的模型也许还能向我们大家准确地展现未来宇宙的模样。根据当前宇宙加速度的快慢——这也最终决定它的命运,模型的归纳与总结就有可能预测我们自己宇宙的重新崩溃。辛格说:“此类宇宙将遭遇很多大反弹,而大反弹属于不同分支。另外,处于不同分支的宇宙也可能是相同的。”(杨孝文)


http://www.sina.com.cn 2008年09月24日 09:42 新浪科技
科技时代_科学家激辩宇宙大爆炸之前发生了什么

宇宙大爆炸示意图

  新浪科技讯 北京时间9月24日消息,据国外媒体报道,在位于瑞士-法国边界的大型强子对撞机启动后,科学家将进行大规模亚原子粒子对撞实验。如果对撞成功,科学家极有可能揭开“大爆炸”瞬间之后发生了什么。物理学家认为,宇宙就是发生于137亿年前的“大爆炸”创造的。但还有一些科学家确定了新的研究目标:“大爆炸”之前发生了什么?

  多种理论大碰撞

  虽然启动没多久便遭受暂时性挫折,但大型强子对撞机可能最终帮助我们找到答案。有意思的是,即便了解“大爆炸”之后的宇宙状况,其它一些问题仍会在很多人的脑海中挥之不去,例如“大爆炸”之前发生了什么,这个所谓的“之前”是否真的存在等等。对于“大爆炸”之前的可能状况,物理学家和宇宙学家在各种猜测身上大下赌注。就在他们冥思苦想之际,一个迷你型科学行当突然出现。

  9月初,这一领域的一些顶级人物在哥伦比亚大学“集结”,共同就这些问题展开讨论。北卡罗莱纳州大学教堂山分校宇宙学家劳拉·梅尔西尼-霍顿(Laura Mersini-Houghton)提出两个疑问——“是什么东西发生爆炸?爆炸又是在哪里发生的?”滕比亚利桑那州大学宇宙学家、科学与宗教权威保罗·戴维斯(Paul Davies)提出:“我们所在的宇宙是否是唯一的?如果是的话,它又是如何存在的?”

  令人尊敬的科学家提出一系列理论,描述我们熟悉的宇宙时空诞生前可能发生了什么。这些理论被冠以奇怪的名字,诸如“大反弹”、“多元宇宙”、“循环论”、“平行世界”、“肥皂泡”等等。一些人认为存在多元宇宙,另一些人则指出只存在一个宇宙并永无休止地循环下去,这与佛教的观点相似。相比之下,犹太基督教的神学家可能很难接受任何一种观点。

  挑战“大爆炸”理论

  绝大多数假设都是基于宇宙无始无终这一古老观点的一种变异,这一点与“大爆炸”理论形成鲜明对比,后者认为我们的宇宙开始于一个特殊的点,而后在遥远未来的某个时刻走到尽头。两位著名宇宙学家——普林斯顿大学的保罗·斯泰恩哈特(Paul Steinhardt)和牛津大学的尼尔·图洛克(Neil Turok)在二人2007年合著的《无限宇宙:大爆炸之后》(Endless Universe: Beyond the Big Bang)中这样写道:“无论是时间还是宇宙都没有开始或者结束。宇宙进化过程是循环往复的,‘大爆炸’每一万亿年发生一次,每一次都伴随着新物质和新辐射的产生,并形成新的星系、恒星、行星以及生命。我们不过是最近一次循环的组成部分。”

  一些科学家认为,可能发现相关观测证据以支持这一假设。他们表示,任何没有经过检验的科学理论都不能被打上正确的标签。费城宾夕法尼亚大学理论物理学家麦克斯·泰格马克(Max Tegmark)在2003年出版的著作《科学与终极实在》(Science and Ultimate Reality)的“平行宇宙”这一章中写道:“事情变得越发明朗,建立在现代物理学基础上的多元宇宙模型能够经受住检验。”

  重力波与“巨洞”

  一些研究人员希望,大型强子对撞机将发现能够支持或驳斥这些推测的证据。他们表示,强子对撞机可能发现我们熟悉的三维空间加一维时间之外的维度。存在更多维度是一些有关“大爆炸”前的理论的基础。纽约市立大学研究生中心理论物理学教授加来道雄(Michio Kaku)认为,与光和物质有所不同的是,重力能够在平行宇宙中穿行,并投下可被科学家探测到的“阴影”。这个阴影可能以“重力波”的形式存在。

  所谓的重力波是类似“大爆炸”这样的猛烈爆炸产生的时空结构内的微弱波纹。目前,美国和欧洲的探测器正在寻找重力波,人造卫星有望在未来发现太空中存在重力波的证据。加来道雄说,他的循环论预言存在一种“与众不同的重力波,与‘大爆炸’理论中提到的截然不同,它可能在未来几年验证或者推翻我们的理论”。

  2007年8月,地面和卫星观测结果显示,宇宙中似乎存在一个“巨洞”——太空中一个几乎没有任何物质存在的区域,位于波江星座之内,宽度大约为9亿光年。支持多元宇宙理论的梅尔西尼-霍顿认为,这个空白区域可能是另一个较小宇宙重力拖拽的“痕迹”,这个宇宙就位于我们所在宇宙的边缘。她在哥伦比亚宇宙学会议上表示:“就像有人用巨型铲子将所有物质清空了一样。所有这些宇宙相互作用、相互影响。”梅尔西尼-霍顿对“巨洞”的解释引发不小争议,原因很简单:迄今为止仍无法得到证实。


http://www.sina.com.cn 2008年08月19日 09:39 环球科学
科学家全球采集DNA样本追踪人类迁徙路线(图)

《环球科学》杂志为《科学美国人》杂志中文版,以上为2008年08期封面。

科学家全球采集DNA样本追踪人类迁徙路线(图)


  我们来自何处?为了解答这个千古谜题,科学家不仅在古人类的骨骼化石上寻找证据,还动用了遗传分析技术。从人类的基因组中,科学家或许可以找到这个问题的答案。


英国夜空上演闪电奇观

| 不指定 August 11, 2008 @ 13:52, Robin Hoo
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英国伦敦南部的一座教堂附近出现的闪电
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英国伦敦南部的一座教堂附近出现的闪电
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布莱顿当地摄影爱好者于6日晚上,捕捉到了西栈桥遗址背后地平线上的闪电奇观
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划过英国夜空的紫色闪电
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英国夜空出现的闪电
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英国夜空出现的闪电

  新浪科技讯 北京时间8月11日消息,据英国《每日邮报》报道,近日,英国夜空电闪雷鸣,蓝紫色的电光让人们大饱眼福。一些摄影爱好者拍下了闪电瞬间的奇观。

  其中最为壮观的景色之一是在布莱顿。当地摄影爱好者于6日晚上,捕捉到了西栈桥遗址背后地平线上的闪电奇观。当时正是夏季风暴正从南海岸经过艾塞克斯的时候,南伦敦上空划出了耀眼闪电。

  新闻协会MeteoGroup气象部资深专家朱利安·梅尔斯示,这次雷雨的云层位于从南海岸至艾塞克斯的狭长地带上,梅尔斯说:“这是我们看多过的最为壮观的闪电奇景之一。以苏塞克斯郡海岸的雷阵雨开始,傍晚时到达内陆地区,绕开南伦敦,向艾塞克斯方向移动。”

  艾塞克斯郡的切姆斯福德市上空暴雨倾盆而下,以致许多房屋和车辆都发出了警报声。闪电击中一间房屋的屋顶,并击出一个6英尺长4英尺宽的大洞,消防人员迅速赶到现场修补屋顶。

  与此同时,因为大雨倾空而下,英国和爱尔兰的一些其他地区也遭受着洪水袭击。降雨最多的城市是苏格兰,爱丁堡机场24小时的降雨量为2英寸。(孝文)

摄影师拍到非洲豹子猎杀鳄鱼瞬间(组图)

豹子捕猎鳄鱼

摄影师拍到非洲豹子猎杀鳄鱼瞬间(组图)

豹子全力扑向鳄鱼

摄影师拍到非洲豹子猎杀鳄鱼瞬间(组图)

豹子将鳄鱼拖离水边

摄影师拍到非洲豹子猎杀鳄鱼瞬间(组图)

被咬住的鳄鱼奄奄一息

  新浪科技讯 北京时间7月21日消息,据英国《每日邮报》报道,豹子与鳄鱼向来是井水不犯河水,但最近美国野生动物摄影师哈尔·布莱德利(Hal Brindley)在南非狩猎动物保护区,拍摄到了一只豹子向鳄鱼发起攻击,用镜头记录动物世界这种惊人瞬间可能还是第一次。

  当时,布莱德利正在汽车里拍摄克鲁格尔国家公园水洞中的河马,一只豹子突然冲出灌木丛,朝水洞飞奔而去。在最初的挣扎之后,鳄鱼只能乖乖就范,就这样,旁观者带有怀疑和惊讶看着这只豹子将一条沉重的鳄鱼拖上岸。鳄鱼的大嘴无奈地向前伸着并在空中猛咬,试图要对可怕的对手展开反击。但死死咬住鳄鱼咽喉的豹子仍占据主动,此时此刻,鳄鱼的腿疯狂地抓着豹子的肚子,大嘴仍在空中不停猛咬。尽管在体重上不占优势,但这只豹子却跳到鳄鱼背上展开攻击,试图让猎物窒息而死。它最后成功了,将猎物拖进草丛后便消失在游客的视线中。面对这可怕而动人心魄的一幕,没有一个人敢走出车子,他们只能眼睁睁地看着鳄鱼成为豹子的盘中餐。

  新浪科技讯 北京时间7月18日消息,据美国《连线》杂志网站报道,1945年7月16日,美国在新墨西哥州阿拉莫戈多的沙漠地带引爆了世界上首枚原子弹。3周之后,美国又分别向日本的长崎和广岛各扔下一枚核弹。此后,美国又分别进行了各种核弹、氢弹以及热核炸弹的试验。以下是与美国核武爆炸有关一些历史图片:

  1、核爆炸摧毁房屋全过程

美刊公布50多年前核武爆炸照片(组图)

核爆炸摧毁房屋全过程

  1953年3月17日至6月4日,美国在内华达试验场实施了代号为“结局与节孔行动”的核试验。“结局与节孔行动”共进行了11次大气层试验,包括3次空投试验、7次塔台试验和1次空中爆炸试验。在“结局与节孔行动”中,用于实验的核武器同时使用了裂变和熔合两种技术,主要目的是测试新的核爆理论。

  在第一天的实验中,距离“爆心投影点”1000多米远的一号楼(见左图)被完全摧毁。相机拍下了一号楼爆炸的整个过程,时间仅仅持续2.7秒左右。为了防止核辐射,相机外表被罩上了一层约5厘米厚的铅皮防护套。相机能够捕获的唯一光源就是来自核爆炸。左上图显示的是被爆炸光芒笼罩的一号楼外观,右上图显示的是一号楼被完全摧毁前的起火情景。

  2、美国第一颗氢弹装置“迈克”

美刊公布50多年前核武爆炸照片(组图)

第一颗氢弹装置“迈克”

  在“常春藤行动”核试验中,美国在马绍尔群岛的埃尼威托克珊瑚岛上试爆了一颗代号为“迈克”的氢弹。“迈克”是美国试爆的第一颗技术完全成熟的热核武器,爆炸威力达1040万吨TNT当量。“迈克”的巨大威力使得试爆点“埃鲁格莱伯”岛瞬间从地球上消失。

  3、观测员拍摄空投试爆

美刊公布50多年前核武爆炸照片(组图)

观测员拍摄空投试爆

  美国观测员在拍摄“黄蜂第一”(Wasp Prime)空投试爆的场景。1955年上半年,美国在内华达试验场实施了“茶壶行动”核试验。3月29日,“苹果-I”和“黄蜂第一”先后被空投试爆。这是美国首次在一天内进行两次核试爆。“茶壶行动”前后共进行了14次射击或爆炸试验,目的在于评估不同核武器设备的战术应用和研究民防系统的各种需求。


科学家发现英国最复杂麦田怪圈含圆周率密码
最复杂的麦田怪圈

科学家发现英国最复杂麦田怪圈含圆周率密码
从中心开始,计算每组色块数目,刚好与π值3.141592654相对应

  新浪科技讯  北京时间6月18日消息,据英国《每日邮报》报道,一位英国天体物理学家最近揭开了一个最复杂的麦田怪圈之谜——它描述了数学上最重要的一个数字。

  这个堪称英国最复杂的麦田怪圈是于本月初在巴伯里(Barbury)城堡附近的麦田中形成的。巴伯里城堡是位于英国威尔特郡劳顿一个铁器时代的山丘堡垒。即便是麦田怪圈狂热者和专家,当他们试图揭开这个麦田怪圈的意思时,全都无功而返。然而天体物理学家名迈克·里德(Mike  Reed)表示,这个直径150米的麦田怪圈外形其实是圆周率π的编码形式。π值3.141592654可被用于计算一个圆圈的面积和周长。

  为了破解怪圈之谜,里德博士联系过麦田怪圈专家露西·普林格勒(Lucy  Pringle)寻求帮助。普林格勒还是位摄影师,拍摄过大量有关麦田怪圈的壮观照片。里德解释:“我昨天注意到巴伯里城堡外形的一张照片。它显然是代表圆周率——圆圈的周长和直径之比——小数点后10位数的编码图片。第10个数字甚至于被适当地舍入。中心附近的小圆点其实就是圆周率的小数点。密码是根据十个成角片断编成的,而放射状扩散则代表每个片断。”

  他接着说:“从中心开始,计算每组色块数目,结果清晰地显示出圆周率小数点后10位数的值。”数学代码和几何图形长久以来便是麦田怪圈形成的重要因素——有史以来发现的最著名的麦田怪圈之一展现了一个称为Julia集(The  Julia Set)的高度复杂的不规则碎片形的图片。普林格勒还从事电磁场对麦田外形逼真系统的影响,建立了世界上有关麦田怪圈现象的最大数据库。

  普林格勒说:“我的看法同迈克的一致。这是一个令人惊讶的发现——一个具有重大影响的事件。”看起来,巴伯里城堡麦田怪圈的创造者应该是专业天文学家和数学家。据研究麦田怪圈的专家称,西肯尼特区附近出现的最新麦田怪圈显然是一个局部日食景观,这个日食奇观将于今年8月1日在西部上空出现。专家表示,这是麦田怪圈第二次涉及日食景观,第一次则是形成于哈克彭山(Hackpen  Hill)的一个麦田怪圈。(孝文)


科学家实验室模拟毁灭性超级火山喷发(图)
  2008年5月3日,位于智利南部的沙伊顿火山爆发,火山喷出大量的熔岩及火山灰直入云霄。居住在当地的约1500人紧急撤离

科学家实验室模拟毁灭性超级火山喷发(图)
智利沙伊顿火山爆发 1500人紧急撤离


第一数字定律

| 不指定 October 9, 2007 @ 21:51, Robin Hoo
"第一数字定律描述的是自然数1到9的使用频率,公式为F(d) = log[1 + (1/d)](d为自然数),其中1使用最多接近三分之一,2为17.6%,3为12.5%,依次递减,9的频率是4.6%。科学家们仔细研究第一数字定律后,无法对这种现象做出合理解释。定律的主要奠基人Frank Benford对人口出生率、死亡率、物理和化学常数、素数数字等各种现象进行统计分析后发现,由度量单位制获得的数据都符合第一数字定律。当然彩票上随机数据并不符合。第一数字定律在许多方面都得到了应用,但对于这种数字奇异现象人们依旧是迷惑不解。"

(图)本图表中的几个数据范例来自于西班牙国家统计局,数据是按照本福特对数定律统计的。然而,按照彩票获得的数据是随机的和统一的。

  您住宅地址号码是以a 1开始的吗?根据一个奇特的数学定律统计,约三分之一的住宅号码是以1作为其首个数字的。其它许多几乎没有任何共通性的地区也有相同的情况:比如道琼斯指数的历史数据、个人电脑中文件储存的大小排列顺序、世界主要河流的长度、报纸头版头条的数字及其它许多事情。

  该定律根据其第二位奠基人弗兰克.本福特的名字被命名为本福特定律。通用电气公司物理学家本福特于1935年发现了这一定律。该定律告诉人们在各种各样不同数据库中每个数字(从1到9)作为首个重要阿拉伯数字的频率。

  除数字1始终占据约三分之一的出现频率外,数字2的出现频率为17.6%,3出现的频率为12.5%,依次递减,9的出现频率是4.6%。在数学术语中,这一对数定律的公式为F(d) = log[1 + (1/d)],此公式中F代表频率,D代表待求证数字。

  这一现象让人觉得很奇怪,来自科尔多瓦大学的科学家杰赫斯.托里斯、桑索利斯.费尔罗德滋、安东尼奥.迦米洛和安东尼奥.索拉同样也如此认为。科学家们在《欧洲物理杂志》上发表了一篇题为“数字如何开始?(第一数字定律)”的文章,该文章对这一定律进行了简要的历史回顾。他们的论文同时还对第一数字定律的有效应用进行了阐述,并对为何没有人能够对这一数字出现频率现象做出合理解释的原因进行了阐述。

  等离子体物理学专家托里斯说,“自从我了解本福特定律以来,它一直是我很感兴趣的问题之一。在统计物理学课堂上,我一直将此定律作为一个令人惊奇的范例来激发学生们的好奇心。”托里斯解释道,在本福特之前,有一位深受尊敬的天文学家名为西蒙.纽库姆,他在1881年发现了这一定律。纽库姆同时代的科学家们并没有对他的科学发现引起足够重视。本福特和纽库姆两位科学家均对这一定律感到困惑:当浏览对数表书籍时,他们注意到书的开始部分要比结束部分脏得多。这就是说他们的同事到图书馆后,选择各种各样学科书籍时首选第一页开始阅读。

  本福特对此疑问的观察要比纽库姆更深入一些。他开始对其它数字进行调查,发现各个完全不相同的数据,比如人口、死亡率、物理和化学常数、棒球统计表、半衰期放射性同位数、物理书中的答案、素数数字和斐波纳契数列数字中均有“第一数字定律”现象的出现。换句话说就是只要是由度量单位制获得的数据都符合这一定律。

  另一方面,任意获得的和受限数据通常都不符合本福特定律。比如,彩票数字、电话号码、汽油价格、日期和一组人的体重或者身高数据是比较随意的,或者是任意指定的,并不是由度量单位制获得的。

  正如托里斯和他的同事所解释的,数十年来科学家紧随本福特对这一数字现象进行研究,但是除了发现更多的例子外,他们几乎没有发现有关比第一数字定律本身更多的东西。然而科学家们还是发现一些奇特现象。比如当对数据库中的第二重要数字进行调查时,该定律仍然发挥着作用,但是第二重要数字的重要性却降低。同样,第三和第四重要数字所展现出来的特征就开始变得相同起来,第五重要数字的频率为10%,刚好是平均数。第二个奇特现象引发了更多的科学兴趣:

  科学家们在他们所发表的文章中写到,“1961年,皮克汉姆发现了首个常规相关结论,该结论显示本福特定律是一个尺度不变原理,同时也是唯一一个提出数字尺度不变原理的定律。那就是说,由于是以公里来表示世界河流的长度,因此它满足本福特定律,同样以英里、光年、微米或者其它长度单位数字都会满足这一定律。”

  托里斯同时还解释到,在二十世纪晚期,一些重要的预测理论(基数恒定性及唯一性等)被特德.希尔和其它数学家证实。虽然一些范例(比如住宅地址号几乎总是以数字1开头,低位数总是出现在高位数之前)得到了解释,但是目前仍然没有找到任何能解释各种范例的能用判断标准。科学家们同时还解释到,没有任何优先标准能够告诉我们什么时候应当或者不应当遵守这一定律设置数字。托里斯说,“现在对该定律的研究取得了许多理论成果,但是一些理论成果仍然是前途未明。为什么一些数字设置,比如通用物理学恒量会如此完美地符合这一定律?我们不仅要了解这一定律的数学原因,还要掌握这一套实验数据的特征。比如他们的连接点是什么?他们来自哪里?很显然,他们是相当独立的。我希望将来能够找到这一定律的总体必然性和充分条件。很多人都对这一定律感兴趣,特别是经济学家。但是我也知道这一定律也许有可能是永远都不可能的事。”

  然而,科学家们已经使用该定律进行了许多实践应用。比如,一个公司的年度账目数据应当是满足这一定律,经济学家可以根据这一定律查找出伪造数据。因为伪造数据很难满足这一定律。(非常有趣的是,科学家发现数字5和6,而不是1是最流行的数字,这表明伪造者试图在账目中间“隐藏”数据。)

  本福特定律最近还用于选举投票欺诈发现。科学家依据这一定律发现了2004年美国总统选举中佛罗里达州的投票欺诈行为,2004年委内瑞拉的投票欺诈和2006年墨西哥投票欺诈。

  托里斯说,“有关第一数字定律是通过脏书页发现的故事是完全不可信的。本福特定律不可否认已经得到应用。当这一定律被发现是其能够带来的好处并不明朗。对我而言,它仿佛仅仅只是一个数字奇异现象。这就是简单中可能蕴涵有意想不到神奇之处的典型范例。”
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