受地心启发的物理实验带来了流体湍流的突破性发现

受地心启发的物理实验带来了流体湍流的突破性发现论文的资深作者、纽约大学和上海纽约大学的数学和物理学教授张俊说："我们的实验揭示了自由移动的身体和热对流之间的复杂运动。"这项研究还包括纽约大学物理系的研究员KaizheWang，特别关注Rayleigh-Bénard对流--由温差驱动的一种对流。最近的一项实验研究，受地球固体核心的超级旋转的启发，表明当包含在圆柱体中的湍流与自由体相互作用时，会观察到令人惊讶的平滑旋转。红色（暖）和蓝色（冷）的带子代表水的流动在他们在上海纽约大学联合研究所进行的实验中，论文作者使用了一个装满水的圆柱形容器，然后从底部加热从而产生对流。由此产生的湍流与在容器内自由移动的悬浮固体（一块矩形板）相互作用--这种环境使研究人员能够更好地研究湍流如何与内部的固体结构相互作用。"令人惊讶的是，该系统变得有些特别，"张指出。"我们观察到流动和自由固体的平滑旋转。"他们的研究结果表明，湍流对流与固体一起可以在两个方向上运动--一个是顺时针方向，另一个是逆时针方向--共同旋转的速度随着对流的强度而增加。不止如此，它们的旋转有时可以转换方向，这是由湍流引起的。"这项研究的灵感来自于地球内部核心的旋转，因为它与对流的液体核心相互作用，捕捉到了湍流和流动中的自由移动体之间的相互作用，"张解释说。"这些发现证实了湍流可以通过与固体的互动来驯服。它还提醒我们，热对流的力量可能在我们的地球内部发挥更重要的作用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360085.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360085.htm

超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型

超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型德克萨斯大学达拉斯分校的一名天体物理学家等组成的研究小组，作为暗能量光谱仪（DESI）合作项目的一部分，正在领导一项旨在探索宇宙膨胀和加速的开创性实验。达拉斯UT大学自然科学与数学学院（NSM）物理学教授穆斯塔法-伊沙克-布沙基（MustaphaIshak-Boushaki）博士是DESI合作项目的成员，DESI合作项目是一个由来自全球70多个机构的900多名研究人员组成的国际小组，该小组参与了一项为期多年的实验，旨在加深对宇宙历史和命运的了解。4月4日，伊沙克-布沙基与其他两位DESI科学家在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会会议上，介绍了对DESI实验第一年所收集数据的分析。伊沙克-布沙基介绍了从DESI数据中推断出的宇宙学结果及其对宇宙的影响。研究人员还在预印本网站arXiv上发布的多篇论文中分享了第一年收集的数据结果。位于亚利桑那州基特峰国家天文台（KPNO）的DESI仪器从宇宙最遥远的地方收集光线，使科学家能够绘制出宇宙年轻时的样子，并追溯其演变到今天所观测到的情况。了解宇宙是如何演变的，关系到宇宙是如何终结的，也关系到物理学中最大的谜团之一：宇宙正在加速膨胀，这背后究竟隐藏着什么？对DESI第一年数据收集工作的分析证实了科学家们所认为的宇宙最佳模型的基本原理，但同时也暗示，关于宇宙加速的根本原因，还有更多的东西需要了解。DESI绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图。地球位于这张完整地图的薄片中心。在放大的部分，很容易看到我们宇宙中物质的底层结构。图片来源：ClaireLamman/DESI合作；cmastro定制的彩色地图软件包宇宙加速度是个问题，因为它违背了在太阳系和附近太空中观察到的万有引力的工作原理，而万有引力会使有质量的物体聚集在一起。伊沙克-布沙基说："引力把物质拉在一起，所以当我们把一个球抛向空中时，地球的引力会把它拉向地球。但在最大尺度上，宇宙的作用却不同。它的行为就像有一种排斥力在把宇宙推开，加速宇宙的膨胀。这是一个大谜团，我们正在多方面进行研究。它是宇宙中未知的暗能量，还是爱因斯坦引力理论在宇宙尺度上的修正？"许多科学家认为暗能量在宇宙加速中起着关键作用，但对它的理解并不透彻。一些理论认为，暗能量是一个宇宙学常数，是空间的固有属性，是加速的驱动力。为了研究暗能量在过去110亿年中的影响，DESI小组利用迄今为止最精确的测量方法绘制了有史以来最大的宇宙三维地图。这是科学家首次以优于1%的精度测量年轻宇宙的膨胀历史。宇宙的主要模型被称为Lambda-CDM。它既包括普通物质，也包括一种很少相互作用的物质，即冷暗物质（CDM）和暗能量，称为Lambda。物质和暗能量都影响着宇宙的膨胀方式，但两者的方式截然相反。通过引力吸引，物质和暗物质减缓了宇宙的膨胀，而暗能量则加速了宇宙的膨胀。每种物质的数量都会影响宇宙的演化过程。伊沙克-布沙基说，这个模型可以有效地验证以前的实验结果，并描述宇宙在整个时间段内的样子。这段动画展示了重子声波振荡如何充当测量宇宙膨胀的宇宙尺。资料来源：克莱尔-拉曼/DESI合作和珍妮-努斯/伯克利实验室然而，当DESI的第一年结果与其他研究的数据相结合时，就会发现与Lambda-CDM模型预测的结果有一些微妙的差别。Ishak-Boushaki说："我们的研究结果表明，宇宙标准模型出现了一些有趣的偏差，这可能表明暗能量正在随着时间的推移而演变。我们收集的数据越多，就越有能力确定这一发现是否成立。有了更多的数据，我们可能会为我们观察到的结果找出不同的解释，或者证实它。如果它持续存在，这一结果将揭示导致宇宙加速的原因，并为了解我们宇宙的演变迈出一大步"。更多的数据还将改进DESI的其他早期成果，这些成果涉及哈勃常数（衡量当今宇宙膨胀速度的指标）和中微子粒子的质量。DESI是首个进行完全盲法分析的光谱实验，它对科学家隐瞒了真实结果，以避免潜意识中的确认偏差。研究人员"盲目"地使用修改过的数据，并编写计算机代码来分析他们的发现。一切完成后，他们将分析结果应用于原始数据，以揭示实际答案。"Ishak-Boushaki博士的研究以及他与大约70个机构的科学家的合作揭示了关于我们宇宙的重要见解，其结果令人着迷，"NSM院长兼FrancisS.andMaurineG.Johnson杰出大学讲座教授DavidHyndman博士说。"UT达拉斯分校拥有如此世界一流的研究项目，看到我们的科学家在基础性发现中发挥关键作用，真是令人振奋"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434166.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434166.htm

新西兰发现南半球最古老的海洋爬行动物化石 重新定义海洋进化

新西兰发现南半球最古老的海洋爬行动物化石重新定义海洋进化重建南半球最古老的海洋爬行动物。约2.46亿年前，诺托萨斯龙在现在的新西兰南极古海岸游动。图片来源：StavrosKundromichalis爬行动物首次入侵海洋是在一场灾难性的大灭绝之后，这场灭绝摧毁了海洋生态系统，并为近2.52亿年前恐龙时代的到来铺平了道路。这一进化里程碑的证据仅在全球少数地方被发现：北极斯匹次卑尔根岛、北美西北部和中国西南部。这次发现虽然只是从新西兰南岛哈珀山脚下溪床的一块巨石中发掘出的一块脊椎骨，但却为我们揭开了南半球早期海洋爬行动物的神秘面纱。新西兰Nothosaur脊椎骨的原始化石。南半球最古老的海洋爬行动物。资料来源：BenjaminKear在恐龙统治陆地之前，爬行动物统治海洋长达数百万年。现存种类最多、地质年代最长的类群是蛇颈龙类，其进化历史超过1.8亿年。该类群包括蛇颈龙（plesiosaurs），与尼斯湖水怪的形象十分相似。Nothosaur是蛇颈龙的远祖。它们可以长到七米长，用四只像桨一样的肢体游泳。Nothosaur的头骨扁平，头骨上有细长的锥形牙齿，用来捕捉鱼和乌贼。新西兰的这只Nothosaur是在1978年的一次地质调查中发现的，但直到来自瑞典、挪威、新西兰、澳大利亚和东帝汶的古生物学家联合起来，对脊椎骨和其他相关化石进行研究和分析后，人们才充分认识到它的重要性。新西兰Nothosaur的复原图。南半球最古老的海洋爬行动物。图片来源：JohanEgerkrans"在新西兰发现的nothosaur比以前已知的南半球最古老的蜥脚类化石要早4000多万年。"研究报告的第一作者、乌普萨拉大学进化博物馆的本杰明-科尔（BenjaminKear）博士解释说："我们的研究表明，这些古老的海洋爬行动物生活在当时南极圈内海洋生物繁衍生息的浅海沿岸环境中。"乌普萨拉大学进化博物馆古脊椎动物馆馆长兼古生物学研究员本杰明-卡尔博士。图片来源：大卫-内勒最古老的Nothosaur化石距今约2.48亿年，是沿着一条古老的北部低纬度带发现的，该低纬度带从遥远的泛塔拉萨超级大洋的东北边缘延伸到西北边缘。关于它的起源、分布以及何时到达这些遥远地区仍存在争议。一些理论认为，它们或者是沿着北部极地海岸线迁徙，或者是游过内陆海道，或者是利用洋流穿越Panthalassa超级大洋。Kear说："我们利用一个经过时间校准的蛇颈龙类全球分布进化模型表明其起源于赤道附近，然后在标志着恐龙时代开始的大灭绝之后，随着复杂海洋生态系统的重建，蛇颈龙类迅速向北和向南扩散。""恐龙时代开始时，全球气候极度变暖，使这些海洋爬行动物得以在南极繁衍生息。这也表明，古代极地地区很可能是它们最早的全球迁徙路线，就像今天鲸鱼进行的史诗般的跨洋旅行一样。毫无疑问，在新西兰和南半球其他地方，还有更多早已灭绝的海怪化石遗迹等待我们去发现。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1436242.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1436242.htm

研究人员发明单分子阀门 实现纳米通道中的单分子流动

研究人员发明单分子阀门实现纳米通道中的单分子流动为了克服这一障碍，能够通过非常狭窄的通道（尺寸类似于百万分之一根吸管）输送分子的"纳米流体装置"，作为直接控制溶液中单个分子的一种手段，已经引起了人们的兴趣。由大阪都立大学工程研究生院的YanXu副教授领导的一个联合研究小组已经成功地通过施加外部压力打开和关闭纳米流体装置中的一个纳米阀来调节溶液中单个分子的流动。单分子阀的工作原理示意图，Cy3在纳米通道中的单分子流动研究小组制造了一个纳米流体装置，其顶部是一块薄薄的柔性玻璃板，底部是一块带有小结构的硬质玻璃板，以此形成纳米通道和纳米阀座。通过向柔性玻璃片施加外部压力来打开和关闭阀门，他们成功地直接操纵和控制了溶液中单个分子的流动。他们还发现，当他们将单个荧光分子困在阀门内部的纳米空间时，单个分子的荧光变得更加明亮。这是因为狭小的空间使单分子难以随机移动。Xu教授说，"这种荧光信号放大的效果可以帮助检测极少量的病原体，用于癌症和帕金森病等疾病的早期诊断，而不需要昂贵的设备。"这项研究的结果可能是朝着使用单分子作为溶液中的构件自由组装材料迈出的重要一步。这项技术有可能在各个领域发挥作用，例如开发治疗罕见疾病的个性化药物和创造更好的显示器和电池，应用前景广泛。"我们一直在通过提出和推广'单分子调控化学（SMRC）'的概念来应对各种挑战，在这个概念中，分子被视为构件，溶液中的化学和生物化学反应的所有过程都在单分子基础上进行。Xu教授说："单分子阀门标志着向这一目标迈出了第一步，有朝一日，它可以彻底改变化学、生物学和材料科学，并改变各种行业。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358525.htm

物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么？

物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么？2021年，科学家们发现，鲨鱼的螺旋形肠子的工作方式大致相同，有利于流体向一个方向流动--从头部到骨盆。华盛顿大学莎拉-凯勒实验室的物理学家伊多-莱文对流体通过这些鲨鱼螺旋形的物理流动产生了兴趣。2月20日星期一，在加利福尼亚州圣地亚哥举行的第67届生物物理学会年会上，他将介绍鲨鱼肠道的3D打印模型是如何帮助他们了解这些螺旋的工作原理的。Levin解释说，"2021年研究的研究人员将一根管子连接到鲨鱼肠道，并将带有甘油的水--一种非常粘稠的液体--通过这些管道。而且他们表明，如果这些肠子与消化道的方向相同，得到的液体流动速度比将它们反过来连接要快。从物理学的角度来看，这非常有趣......物理学定理指出，如果你拿着一根管子，让流体非常缓慢地流过它，如果你把它倒过来，流量不会有差别。因此，我们非常惊讶地看到与该理论相矛盾的实验。但是在生物界却并不完全遵循这一原理，因为肠子不是由钢铁制成的--它们是由柔软的东西制成的，所以当流体流经管道时，它会使它变形。"为了研究通过螺旋形管道的流体动力学，莱文和凯勒与他们在华盛顿大学纳尔逊小组的同事合作，创建了模仿鲨鱼肠道的软性三维结构。Levin说："15或20年前，试图用人造材料重建这些形状是不可能的。当他们使用刚性材料来3D打印这些形状时，流体在一个或另一个方向上的流动没有区别。然而，使用较软的弹性材料打印形状，导致流体在一个方向上流动得更快。"利用这些3D打印的结构，该团队正在研究内部结构的半径、间距和厚度如何影响流体流动。使用较软的材料，他们还可以研究流速和管道如何变形之间的耦合关系。了解这些参数将有助于类似结构的工程设计，这些结构可用于软体机器人等事物。直到最近，机器人都是用刚性材料和铰链制成的。但使用可以以不同方式变形的软性材料，就像章鱼一样开辟了一个全新的世界，Levin解释说，"这是尝试理解膜和流动之间相互作用的基本力学的一个步骤"。有一天，这个看似简单的系统可以控制工业或医疗设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345369.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345369.htm

重新定义衰老："不死水母"DNA可能帮助延长人类寿命

重新定义衰老："不死水母"DNA可能帮助延长人类寿命来自匈牙利罗兰大学（EötvösLoránd）的研究人员ÁdámSturm博士和TiborVellai博士在衰老研究方面取得了重大发现。他们的研究以DNA中的"可转座元件"（TEs）为中心，这些元件是能够在遗传密码中重新定位的片段。这些转座元件的过度移动会导致遗传密码的不稳定，从而可能导致衰老过程。科学家们已经确定了一种称为Piwi-piRNA途径的特定过程，它有助于控制这些TEs。他们在某些不会衰老的细胞（如癌症干细胞）中看到了这种途径的作用，特别是在神秘的Turritopsisdohrnii（灯塔水母，俗称"不死水母"）中。通过在一种名为"秀丽隐杆线虫"（Caenorhabditiselegans）的蠕虫体内强化这一途径，该蠕虫的寿命显著延长。在之前发表的题为《衰老的机制：转座元件在基因组解体中的主要作用》（2015年）和《Piwi-piRNA途径：通往永生之路》（2017年）的里程碑式文章中，Sturm博士和Vellai博士从理论上阐述了Piwi-piRNA系统与生物永生这一引人入胜的概念之间的深刻关系。现在，他们在最新发表于《自然-通讯》（NatureCommunications）的论文中提供了实验证明。他们的研究表明，控制TEs的活性确实可以延长寿命，这表明这些移动DNA元素在衰老过程中起着至关重要的作用。在蠕虫体内，强化的piwi-piRNA通路亮起了绿灯，这使得它们的寿命延长了30%。资料来源：Sturm,Á.,etal.,2023,DBS.用更专业的术语来说，研究人员利用技术来"下调"或降低TEs的活性。当他们对蠕虫体内的特定TEs进行这种操作时，蠕虫显示出衰老变慢的迹象。更重要的是，当同时控制多个TEs时，延长寿命的效果会叠加。Sturm博士解释说："在我们的寿命试验中，仅仅通过下调TEs或体细胞过表达Piwi-piRNA通路元件就观察到了统计学上显著的寿命优势。这为医学和生物学领域的无数潜在应用打开了大门。"此外，研究小组还发现，随着这些蠕虫的衰老，它们的DNA发生了表观遗传学变化，特别是在TEs中。这些被称为DNAN6-腺嘌呤甲基化的变化被观察到会随着动物的衰老而增加TE的转录和跳跃。Vellai博士强调了这一发现的潜在意义："这种表观遗传修饰可能会为通过DNA确定年龄的方法铺平道路，从而提供准确的生物钟"。总之，通过更好地了解这些移动DNA元素和控制它们的途径，科学家们可能会找到延长生命和改善晚年健康的方法。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399079.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399079.htm