科学简单点：什么是暗物质和暗能量？

科学简单点：什么是暗物质和暗能量？人类对天空的研究已有数千年的历史，而在上个世纪，科学家们才真正开始了解宇宙是如何在一种叫做"万有引力"的力量影响下运动和变化的。万有引力影响着万物，不仅包括物质（科学术语），还包括光。它把我们的身体拉向地球，也在恒星和星系之间的遥远距离上发挥作用。在这段"科学101"视频中，博士后研究员吉莉安-贝尔茨-莫尔曼（GillianBeltz-Mohrmann）和弗洛里安-凯鲁佐雷（FlorianKéruzoré）将探讨科学界的两大谜团：暗物质和暗能量。这些奇怪的影响因素似乎正在以意想不到的方式将宇宙拉伸开来，并将物质聚集在一起。它们加在一起占宇宙的95%，但由于我们看不见、摸不着，所以不知道它们是什么。全球各地的研究人员，包括美国能源部阿贡国家实验室的科学家，正在通过大型宇宙学调查、粒子物理实验以及先进的计算和模拟，研究暗物质和暗能量的本质。引力在星系的形成和移动过程中起着至关重要的作用。随着科学家对宇宙了解的加深，他们发现除非存在大量看不见的物质--比我们尚未发现的物质还要多得多--否则星系的许多行为都是不合理的。这种看不见的物质--或者说暗物质--会产生额外的引力。如果它不存在，有些星系就会飞散，有些星系根本就不会形成。这张图展示了一个真实的例子，说明暗物质如何使螺旋星系的外部区域比只受可见物质引力影响的星系旋转得更快。这种差异表明暗物质的存在，施加了额外的引力。资料来源：阿贡国家实验室我们称它为"暗"是因为我们看不见它。与可见物质（我们能看到的物质，包括恒星、行星、水等）不同，它不会释放或吸收光线，也不会与其他物质相互作用，除非通过引力。我们知道它应该在哪里，但当我们观察时却什么都没有。这就像看到池塘里的涟漪，却看不到是什么造成的。与此同时，另一些东西正在推动宇宙以越来越快的速度膨胀。据我们所知，宇宙从138亿年前开始就一直在膨胀。天体之间的空间不断增大，就好像空间本身被拉伸开来，就像气球充气时的表面一样。科学家本以为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢，但他们却发现了相反的情况。大约50亿年前，宇宙膨胀的速度开始加快。我们不知道是什么导致了这种加速膨胀，但我们把它命名为暗能量。来自暗物质的引力可以弯曲从遥远星系发出的光线，导致它们的图像在到达我们的望远镜时出现扭曲。这种现象被称为引力透镜，它揭示了暗物质的存在，即使我们看不到它。资料来源：阿贡国家实验室据科学家所知，可见物质只占宇宙的5%。暗物质和暗能量据信分别占另外的27%和68%。换句话说，我们所熟知的--可见物质--根本无法解释宇宙绝大部分物质的性质。那么，科学家们是如何试图解开这个谜团的呢？什么是暗物质和暗能量？为了找出答案，我们需要数据，而且是大量的数据。为了收集这些数据，科学家们建造了巨型望远镜和照相机。其中包括外太空的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜；南极洲的南极望远镜；亚利桑那州的暗能量光谱仪；以及智利的暗能量勘测和即将建成的维拉-C-鲁宾天文台。宇宙主要由暗能量和暗物质组成。可见物质（我们能看到的一切，包括恒星和行星）只占宇宙的5%左右。科学家们正在研究这未知的95%的性质。图片来源：阿贡国家实验室这些灵敏的仪器对天空进行勘测，以揭示星系在宇宙中的位置和移动情况。超级计算机帮助科学家对宇宙进行详细模拟，并分析来自望远镜的数据。除了在天空中寻找答案，科学家们还在建造敏感的探测器，以直接在地球上寻找暗物质。美国能源部阿贡国家实验室的研究人员通过参与这些大型宇宙学调查、粒子物理实验以及使用先进的计算和模拟，为暗物质和暗能量的研究做出了贡献。来自这些测量和模拟的信息帮助科学家绘制出暗物质存在的地图，并提供了有关暗能量性质的线索。随着我们的望远镜、超级计算机和其他仪器越来越先进，我们发现越来越多的证据表明，我们遗漏了一些重大的东西，科学家们正在努力了解它可能是什么。阿贡科学家们的工作正在让世界离揭开这些宇宙之谜越来越近。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425688.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425688.htm

科学简单点：什么是自主发现？

科学简单点：什么是自主发现？在本系列报道中，计算机科学家凯西-斯通（CaseyStone）和阿贡国家实验室纳米材料中心主任伊尔克-阿尔斯兰（IlkeArslan）将为我们介绍自主发现的内幕。自主发现是一个利用机器人技术、人工智能和机器学习的过程，以前所未有的速度为世界带来科学突破。自主发现正在彻底改变人们从事科学研究的方式。展望未来，这些过程将帮助科学家找到解决方案，使人类更安全、更健康、更能抵御气候变化的影响。假设你遇到了塑料污染这样的问题，你需要一种更容易回收或再利用的新型塑料。可能有效的聚合物有成千上万种，而且在测试过程中可能会涉及有害化学物质。在过去，我们可能需要几名研究人员在实验室工作台同时测试一种聚合物。而这一过程将耗时数年。通过自主发现，人类研究人员将问题交给了机器人和人工智能。研究人员使用一种叫做机器学习的方法，用庞大的数据集来训练人工智能。这就为人工智能提供了我们已经知道的有关塑料回收、化学过程和潜在聚合物结构的所有信息。人工智能利用这些信息做出最佳决策，决定下一步运行哪些实验。机械臂和采样机每天24小时运转，让研究人员安全地远离化学品或其他潜在风险。通过机器学习，人工智能会变得越来越聪明，寻找新的模式和新的实验。人类科学家可以自由地使用他们富有创造力的大脑袋来解释最有趣的结果并采取行动。自主发现将帮助科学家在几天或几周内找到复杂问题的解决方案，而不是几年或几辈子。人类的智慧和想象力仍然是这一创新的核心。阿贡的科学家和技术人员正在寻找创造性的方法来应用自主发现的工具：我们正在创建实验室的"数字孪生体"。这些虚拟现实模型可以帮助研究人员测试机器，并找出在现实生活中的生物和化学实验室安装设备的最佳方法。我们正在探索从抗药性细菌的新疗法到植物如何在土壤中储存碳等一切问题。我们正在构建和解构聚合物链，以找到塑料回收和再循环的新方法。我们正在使用一些世界上最快的超级计算机来运行人工智能和处理来自大规模实验的数据。自主实验室正以前所未有的速度、效率和准确性，帮助将科学解决方案带入我们的生活。这不仅将彻底改变我们从事科学研究的方式，还将推动我们进入一个全新的发现时代。资料来源：阿贡国家实验室自主发现这种新的科学方法将以前所未有的速度带来新的发现。人脑是一台神奇的科学解题机器，但在人类研究人员需要进食或睡觉之前，人体只能解决这么长时间的问题。当今最大的挑战，如气候变化、新出现的疾病和塑料污染，不会等我们去吃个三明治或打个盹。我们现在就需要答案。这就是科学家们从机器人技术、人工智能（AI）和机器学习中获得帮助的原因。我们定义一个问题。人工智能利用机器人系统识别、设置并运行数百个实验，这些机器人系统可以全天候处理问题。通过机器学习，人工智能会变得越来越聪明，寻找新的模式和新的实验。人类科学家可以自由地使用他们富有创造力的大脑袋来解释最有趣的结果并采取行动。自主发现将以100倍甚至1000倍的速度为我们带来解决方案。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？科学简单点：什么是暗物质和暗能量？科学简单点：什么是X射线光源？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426289.htm

科学简单点：什么是水力发电？

科学简单点：什么是水力发电？什么是水力发电？工程师昆廷-普鲁萨德（QuentinPloussard）和阿贡国家实验室能源、环境和经济系统分析中心主任弗拉基米尔-科里塔洛夫（VladimirKoritarov）将介绍水是如何用来发电和储电的。水力发电在支持风能和太阳能等可再生能源方面发挥着重要作用，因为这些能源并不总能发电。水力发电就像电池一样，能够储存能量并在需要时使用。35年来，阿贡一直在帮助世界各国满足日益增长的水电需求，为此开发了计算机模型和工具，帮助各国做出有关电网、水资源利用和水电站的决策。水电是当今最大的可再生能源生产商之一。它在支持其他可再生能源（如快速增长的太阳能和风能）方面也发挥着重要作用。当阳光不充足、风力减弱时，这些能源就无法发电。水力发电可以通过从水库中释放更多的水来增加发电量。另一方面，当风能和太阳能发电量过多时，水力发电可以将多余的能量以水的形式储存在水库中，以供日后使用。水电站有多种类型：径流式电站几乎不储存能量。它们的发电能力因河水流量而异。水库发电厂具有储存能力，可以根据需求调整发电量。抽水蓄能水电站（PSH）作为大型蓄水池运行。抽水蓄能水电站在两个不同海拔高度的水体（一个较高，一个较低）之间进行水循环。水被抽到高处的水体中以储存能量，然后在需要发电时被释放到低处的水体中。目前，在美国所有公用事业规模的储能设备中，PSH设备约占93%。35年来，美国能源部阿贡国家实验室的科学家们一直在帮助满足全球日益增长的水电需求。由于建造新的水电站或更新现有的水电站都具有挑战性，阿贡开发的计算机模型现已在20多个国家使用，以帮助政府和电网运营商规划电网、提高水资源利用率、确定能力并提供水电服务的成本效益估算。阿贡科学家还与美国其他国家实验室和PSH开发商合作，编写了一本评估指南，帮助决策者扩建现有工厂或建造新设施。阿贡的能力通过以下方式为水电行业提供帮助：研究水电如何在清洁能源中发挥重要作用，在太阳能或风能无法利用时提供急需的电力以填补空白提供可在全球范围内使用的最先进的建模工具、应用和分析。通过使用阿贡领先计算设施，提供世界一流的超级计算机，以扩大建模的复杂性并缩短处理时间，从而更快地得出结果。资料来源：阿贡国家实验室水电是历史最悠久、规模最大的可再生能源之一。水力发电利用流动水的自然流动来发电。水电站提供了全球约60%的可再生能源电力。水电站的主要类型包括径流式水电站、蓄水式水电站和抽水蓄能式水电站。径流式水电站几乎没有蓄水能力。蓄水式水电站通常有大型水库，具有很大的蓄水能力，而抽水蓄能水电站则像巨大的蓄水池一样运行。抽水蓄能水电站通过让(1)上部水库中的水向下流动，带动(2)涡轮机和(3)发电机旋转，从而在需要时发电，并在几秒钟内将电力供应给(4)电网。之后，当电力充足且价值较低时，水会被抽回上游水库。抽水蓄能水力发电是目前唯一商业化的长时间蓄能技术，随着电力系统向风能和太阳能发电发展，这种技术将变得越来越有价值。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425079.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425079.htm

科学简单点：什么是人工智能？

科学简单点：什么是人工智能？在这段《什么是人工智能》的视频中，阿贡国家实验室的科学家TaylorChilders和BethanyLusch讨论了人工智能--通过模仿大脑的学习能力来帮助解决复杂问题的计算机技术和技巧。研究人员利用人工智能更好、更快地解决科学、医学和技术领域最棘手的问题，并帮助推动这些领域的发现。这包括帮助我们了解COVID-19如何攻击人体，以及找到管理交通堵塞的方法。研究人员利用人工智能来更好、更快地解决科学、医学和技术领域最棘手的问题，并帮助推动这些领域的发现。这包括帮助我们了解COVID-19如何攻击人体，以及寻找管理交通堵塞的方法。能源部（DOE）的许多设施，如阿贡国家实验室，都在协助开发一些最先进的人工智能技术。如今，这些技术已应用于从化学、环境和制造科学到医学和宇宙的各个研究领域。人工智能被用来帮助建立复杂系统（如发动机或天气）的模型，并预测如果这些系统的某些部分发生变化（如使用不同的燃料或温度持续升高）可能会发生的情况。但人工智能还有更多用途。阿贡人工智能工具箱中的一个重要工具是一种名为机器学习的技术，当它从更多的数据中学习时，它就会变得更聪明或更准确。机器学习对于识别隐藏在一幅更大、更拥挤的画面中的特定对象非常有帮助。在一个流行的例子中，通过向一个机器学习模型展示许多图片，训练该模型识别猫和狗的主要特征。后来，该模型能够从混合动物的图片中识别出猫和狗。类似的机器学习模型可以帮助科学家从太空望远镜中获得的天体图像中识别出不同类型的星系。机器学习只是帮助我们更快、更准确地学习的众多人工智能技术之一。它们可以帮助为一种新材料选择合适的分子或化学物质，有朝一日还能独立指导新的实验。阿贡与全球许多组织合作，成为人工智能应用和开发领域的领导者，其中包括将人工智能应用于以下领域：延长汽车和能源电池的使用寿命。建立更好的气候模型，预测野火、飓风和其他灾害，帮助我们的社区和电力公司防范这些灾害。找到病毒攻击我们细胞的部分，并开发出对抗它们的药物。人工智能分析大量复杂数据，以计算机速度执行人类任务。如今已成为我们日常生活的一部分，它有助于简化基本任务，如语音识别、内容推荐或基于人或物的照片搜索。科学家们正在以类似的方式利用人工智能来增进我们对周围世界的了解。人工智能可以帮助他们更快地分析堆积如山的数据，并提供更好的解决方案。从材料科学和医学到气候变化和宇宙，许多研究领域都在使用不同的人工智能技术。例如，我们可以通过查看许多不同的示例来训练人工智能识别复杂的模式。研究人员可以利用这种能力，通过对所有已知的太阳能电池或药物材料进行人工智能训练，找到新的改良材料。然后，人工智能可以帮助研究人员锁定其他有前景的材料，这些材料可以在实验室中制造和测试。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424735.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424735.htm

科学简单点：什么是纳米科学？

科学简单点：什么是纳米科学？"纳米"一词的意思是某物的十亿分之一。纳米科学中的"纳米"指的是纳米，即十亿分之一米（1米=3.3英尺）。那到底有多小？在这段"科学101：什么是纳米科学"的视频中，助理科学家徐杰解释了什么是纳米科学，以及阿贡纳米材料中心（CNM）如何应用纳米科学。纳米科学是一门研究微小到只有最精密的高科技显微镜才能看到的尺寸的科学。它是所有科学中最热门的话题之一。每年，数百名科学家从世界各地来到CNM，研究原子和分子尺度的材料特性。通过推进我们对这种尺度的材料结构的理解，阿贡的科学家们（如徐和许多其他科学家）对纳米尺度的特性以及如何将它们用于实际用途有了更深入的了解。凭借这些知识，他们正在设计和制造下一代材料。这些材料将带来可持续的绿色技术、更高效的大规模制造、新药物、对阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等脑部疾病的创新治疗、改良的电池材料、更好的电子设备等。假设你身处爱丽丝梦游仙境的世界，偶然发现瓶子里有一种神奇的药水，瓶子上写着"DRINKME"。你喝了一口，就缩小了1500倍。你现在的大小只有一毫米，只有小雨滴那么高。好奇的你又喝了一口魔药，体积缩小了一千倍。你现在只有一微米大小，和雨滴中漂浮的细菌差不多大。你再喝一口，又缩小了一千倍。在达到纳米级大小后，你现在只比由两个氢原子和一个氧原子组成的单个水分子大三倍左右。在一颗雨滴中，有超过六千万亿个水分子。六千万是数字1后面加21个0。由于所有材料都是由原子和分子构成的，因此这种超微尺度的科学为社会带来了许多益处。而相同的原子和分子以不同的方式结合在一起，可以产生无穷无尽的特性。它们可以变得更柔软或更坚固，可以更好地导热或导电，可以以不同的方式反射光线，等等。在阿贡国家实验室，纳米材料中心（CNM）是美国能源部在纳米科学和技术领域的五个中心之一。通过推进我们对材料、分子和化学过程在这一尺度上的理解，这些中心的科学家们对如何产生可用于实际用途的特性有了更深入的了解。利用这些知识，他们正在设计和制造下一代材料和分子。这些研究将带来可持续绿色技术、更高效的大规模制造、新药物、阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等脑部疾病的治疗、改良电池材料、新型量子信息和传感设备等。资料来源：阿贡国家实验室只有最高科技的显微镜才能看到的结构。纳米结构的一个或多个尺寸比人的头发丝粗细小十万倍，比金原子或水分子大不了多少。纳米结构的种类数不胜数。20世纪80年代，随着降压球的发现，人们对纳米结构产生了浓厚的兴趣。BUCKYBALL以建筑师巴克明斯特-富勒（BuckminsterFuller）的名字命名，由60个碳原子连接成足球形状。它的合成促成了碳纳米管和石墨烯的发明。石墨烯这种纳米材料是由厚度不到一纳米的碳原子组成的平面薄片。尽管超薄，石墨烯的强度却比钢铁高出200倍。碳纳米管科学家可以将石墨烯卷起形成纳米管。这种形状在许多应用中都很有吸引力，如制造超强纤维和织物。它还可作为添加剂用于强化航空航天飞行器。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425632.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425632.htm

科学简单点：什么是氢能源？

科学简单点：什么是氢能源？但是，如果我们的飞机和汽车不向环境排放有害的温室气体，而是利用太阳或风力发电，以水为燃料呢？如果这种可再生燃料可以为电网提供后备电力，并且可以从全国各地的加油站购买呢？在这段科学101视频中，科学家DebolinaDasgupta和NancyKariuki介绍了氢能的科学、技术和应用。氢是最简单的化学元素或原子类型，我们星球上的水中存在大量的氢。它可以通过水循环自然更新，用作燃料时也不会释放有害物质。由于这些原因，氢气可以在促进清洁环境和减少从交通到电网等领域的温室气体排放方面发挥重要作用。美国能源部阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）的科学家们正在利用世界一流的设施和专业知识来降低制氢成本，并为氢动力汽车开发经济实惠的燃料电池。他们还在评估氢的生产、运输、储存和使用方法，以最大限度地减少温室气体排放。科学家们正在努力利用氢气中的能量将这一愿景变为现实，氢气有望在促进更清洁的环境和实现美国到2050年实现碳净零排放的目标方面发挥重要作用，换句话说，就是以与碳排放相同的速度从大气中清除碳。氢是最简单的化学元素或原子类型。它仅由一个质子和一个电子组成。它也是最丰富的元素，约占宇宙中已知物质的75%。水和生物体中都含有大量的氢。我们星球上的水中蕴含着丰富的氢气，它可以通过水循环自然更新。当用作燃料时，它不会释放出碳，因此是一种很有前途的清洁能源。资料来源：阿贡国家实验室氢分子由两个氢原子组成，可用于生产无碳能源。氢分子携带大量能量；一磅氢的能量几乎是一磅汽油或柴油的三倍。然而，氢分子在地球上并不丰富，只占大气层的不到0.0001%。因此，氢必须从含有氢的其他物质中产生。不使用化石燃料的最常见制氢方法是利用电力将水（H2O）分离成氢（H2）和氧（O2）。这一过程被称为水电解，是一种很有前景的无碳制氢方法，因为电力可以来自核能或可再生能源，如风能和太阳能。科学家和工程师们正在努力改进水电解制氢工艺并降低其成本。在电解过程中，水在阳极分裂成氧气、氢离子和电子。电解质材料允许氢离子通过，但迫使电子单独流向阴极，两者在阴极重新结合形成氢气，用作燃料。资料来源：阿贡国家实验室他们还在开发通过利用和模仿光合作用等生物过程，将太阳能和水直接转化为氢气的方法。氢气生产出来后，有几种使用氢气作为能源的方法。最主要的是燃料电池，它能将氢气和氧气中储存的化学能转化为电能。与汽油发动机不同，燃料电池不会排放二氧化碳等有害气体。与电池不同，燃料电池系统不需要长时间停机充电。与汽油发动机一样，燃料电池系统也可以使用氢气进行补充燃料。氢可以在燃料电池中使用，也可以在发动机中作为燃料燃烧。科学家和工程师们正在努力改进这些技术，以取代化石燃料在交通和电网中的使用。资料来源：阿贡国家实验室正在为汽车、卡车、叉车、公共汽车、轮船和火车开发的一种氢燃料电池将氢分子分裂成电子和质子。电子被迫流经电路，产生可用的电力。同时，质子能够通过薄膜，最终与电子重新结合，并与空气中的氧分子发生反应，生成水，这是唯一的排放物。美国能源部阿贡国家实验室的科学家们正在利用世界一流的设施和专业知识推动氢科学和技术的发展。研究人员正在降低制氢成本，为氢动力汽车开发经济实惠的燃料电池。他们还在评估氢的生产、运输、使用和储存方法，以最大限度地减少温室气体排放。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？科学简单点：什么是暗物质和暗能量？科学简单点：什么是X射线光源？科学简单点：什么是自主发现？...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426390.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426390.htm