环球科学：盐冰在弯曲时能发电，或可为电子设备供能；...

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　　· 物理学 ·

　　盐冰可在弯曲时产电

　　在多晶盐冰板中，盐分层被限制在渗透的晶界网络内。弯曲作用驱动盐分通过这些通道从一侧流向另一侧，产生远大于纯冰的电流。图片来源：文馨

　　来自西安交通大学的研究团队曾发现冰具有挠曲电性，即冰在弯曲时会产生电荷。近日，该研究团队再次发现，盐冰受力时产生的电荷量可达普通冰的1000倍，并将相关论文发表在《自然·材料》（Nature Materials）上。

　　研究人员发现，以不同浓度一起冷冻盐和水，盐冰产生的挠曲电效应系数会随着盐度增加而提升。具体而言，含盐量25%（按重量计）的冰体，挠曲电效应系数比纯水冰高1000倍，比纯盐高百万倍。研究人员推测，挠曲电效应的增强是由于冰晶体完全融化前盐会聚集在其边缘。当冰体弯曲时，盐水从受压侧流向受拉表面，从而产生电荷。研究人员表示，继续研究该现象可以探索在低温下用盐和冰的混合物持续产能，但还需进一步研究来确定能量生成方式以及如何为电子设备供电。该发现这对冰地质结构也有很大意义，例如在冰川或太阳系外层的卫星（木卫二或土卫二）上。

　　· 细胞生物学 ·

　　细胞对深层机械力的感知

　　在伤口愈合、肿瘤侵袭等过程中，细胞能够感知周围环境中的机械力变化，并作出响应。胶原蛋白是常见的细胞外基质，作为支撑结构和细胞迁移的“轨道”，其硬度和排列方式能够影响细胞的迁移模式，而粘弹性又会使其随细胞运动发生形变。有研究表明，细胞能透过厚度小于10微米的胶原蛋白感知到周围微环境，并改变行为。但是，细胞如何透过较厚的胶原蛋白（如超过100微米厚）感知深层机械力，其中的机制尚不清楚。近日，一项《美国科学院院刊》（PNAS）上的研究揭开了谜底。

　　科学家测试了上皮细胞在胶原蛋白-聚丙烯酰胺双层水凝胶上的迁移，并用计算机模拟了不同硬度基底对细胞聚集和迁移的影响。研究发现，基底越硬，细胞运动过程中的胶原蛋白形变越大，细胞更易聚集，分散度更低。通过抑制α-连环蛋白或肌球蛋白-II，来破坏细胞间粘附，则细胞簇运动对胶原蛋白造成的形变减小，无法对基底的硬度变化作出响应。这项研究将有助于我们理解癌细胞等如何响应更深层的环境变化并扩散。

　　· 物理学 ·

　　放射性原子的玻色-爱因斯坦凝聚态可产生“中微子激光”

　　上图：在高温下，铷原子衰变释放出非相干的中微子。下图：在足够低的温度下，这些原子形成玻色-爱因斯坦凝聚体，可能充当“中微子激光器”，发射出明亮、相干且方向性强的中微子束。图片来源：APS/Alan Stonebraker

　　中微子是宇宙中最神秘的粒子之一，它几乎不和普通物质相互作用，每秒有数万亿个中微子穿过人体我们却毫无察觉。现有研究依赖大型加速器产生高能中微子束，但存在方向难控、强度不足等局限。近期发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的理论研究提出，可以利用放射性原子的玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC），制造“中微子激光”，有望产生高强度、方向可控的相干中微子束。

　　传统激光依赖光子（玻色子）的受激辐射，但中微子是费米子，受泡利不相容原理限制无法占据相同量子态，不能通过受激辐射产生大量相同的中微子。但BEC的超辐射现象提供了一种可能。超辐射是指一群相同的原子集体发射辐射时，产生的信号比单个原子发射的总和要强烈且连贯得多。研究人员推测，将放射性铷-83原子冷却至接近绝对零度形成BEC，此时所有原子量子态完全一致。当其中一个原子衰变时，整个凝聚体协同发射中微子，产生类似激光的定向脉冲。百万个铷-83原子组成的BEC可使衰变半衰期从86天缩短至2.5分钟，强度提升近5万倍。这有望大幅提升中微子研究的效率。（Physical Review Letters）

　　· 物理学 ·

　　可以看到的时间晶体

　　显微镜下看到的时间晶体。视频来源： Smalyukh Lab

　　时间晶体（time crystal）是一种物质形式，它能随时间推移呈现出连续重复的模式，就像普通晶体中的原子在空间中重复出现一样。这种现象曾经只存在于复杂的量子物质中， 但于9月4日发表在《自然·材料》（Nature Materials）的一项研究中，物理学家找到了一种方法，可以制造出在特定条件下可以用肉眼看到的时间晶体。

　　该研究涉及液晶——一种性质介于液体和固体之间的条形分子。研究团队将液晶溶液夹在两片涂有染料分子的玻璃之间。这些样本本身基本保持静止状态。但当研究团队用特定光线照射时，染料分子改变了自身排列方向并挤压液晶。在此过程中，突然形成了数千个新的扭结结构。这些扭结还开始按照一系列极其复杂的步骤相互影响。它们先分开，随后又重新结合，如此循环往复。这种时间模式也异常难以打破：研究人员即使升高或降低样本温度，也不会干扰液晶的运动状态。这满足了时间晶体的定义标准。研究者表示，这类时间晶体具有多种潜在用途。例如，可在纸币中添加此类材料以提升防伪性能。研究团队通过堆叠多种时间晶体，还能构建更为复杂的图案结构，这将为工程师存储海量数字数据提供可能。（Nature News, University of Colorado）

　　· 演化 ·

　　文化正在取代遗传学成为塑造人类演化的主要力量

　　对大多数生物来说，遗传学在演化中起到了主要的作用。然而， 最近发表于《生物科学》（BioScience）的一项研究提出，人类可能正处于一次重大的演化转变之中——文化正在取代遗传学成为塑造人类演化的主要力量。

　　研究者指出：回顾历史证据，人类采用文化解决问题的速度远快于基因的演化。例如，眼镜和手术可以矫正基因曾经留给自然选择去解决的视力问题。剖腹产或生育治疗等医疗技术使人们能够在曾经致命或不育的环境中生存和繁衍。研究人员认为，这些文化解决方案削弱了基因适应的作用，并增加了我们对医院、学校和政府等文化系统的依赖。随着时间的推移，这种动态可能意味着人类的生存和繁衍更少地依赖于个体的遗传特征，而更多地依赖于社会及其文化基础设施的健康。如果人类演化到依赖于文化适应，那么我们也在演化到更加以群体为导向和依赖群体的状态，这标志着人类意义的改变。研究人员强调，他们的理论是可检验的，并设计了一个系统来测量这种转变的速度。该团队还在开发该过程的数学和计算机模型，并计划在不久的将来启动一个长期数据收集项目。（University of Maine）

　　撰文：王昱、冬鸢、马一瑗