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September 18, 2006

《大众科学》杂志评出世界十大科学才子(下)

Filed under: Science — Rui @ 5:35 pm

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(3)

十大科学才子:凯利·道甘

5. 凯利·道甘,26岁,蚓语者

凯利·道甘是美国缅因州大学的一名在读博士生,她正在为自己的论文做准备,她的工作是要让地下的世界亮出来。道甘一边诱使一只蚯蚓挖通一个盛白明胶的桶,一边说:“我一向喜欢蚯蚓。”

这是一条6英寸长的沙虫,也就是俗称的蚯蚓,是由当地一家诱饵商店提供给她的,但这只蚯蚓并不愿意跟她配合,所以,道甘一边准备好她的录象设备一边刺它一下,她需要为完成的

毕业论文提 供良好的胶片。她打开了背后照明的灯光,那只蚯蚓在白明胶的表面扭来扭去,道甘调整了一下她的监视器,那只蚯蚓到处探来探去,道甘推了它一下,它就扭动一 下,还是没有挖下去。这样反复折腾了几次后,我们的这个“小明星”终于同意跟她配合了,它突然表现出了解决一个人们不会期望一只无脊椎动物动物能够解决的 问题的决心,把自己的头猛地扎向白明胶,迅速而突然地向下钻去。

道甘大部分时间是在这个寒冷的实验室里工作,她要挑战一个时间长达一个 世纪的理论,这个理论正是达尔文所认可的,是有关蚯蚓是如何运动的理论。她的研究工作很快就让她成为了地下世界方面的权威,美国杜克大学的生物力学教授史 蒂文·沃格尔就曾说过:“任何在她研究的领域里工作的人都是以查看她的论文或者给她写电子邮件开始工作的。”

蚯蚓是一种非常难以观察的 蠕虫,而且生物学家从来就不能明确地说出它们是如何运动的,一向喜欢蚯蚓的达尔文是首先对这个问题进行严肃调查的科学家之一,他不相信当蚯蚓拱进土壤时土 会在它周围松开,达尔文认为,当蚯蚓拱进土里时,它会吞掉前面的土,给自己开辟一条道路。达尔文的这一理论被人接受了120多年,但是后来,科学家提出了 一个问题,那就是为什么它们如此热衷于挖地洞呢?与其它方法相比,比如走路、游泳以及飞行相比,吃出一条路来似乎是一种效率格外低的方法。

道甘认为,蚯蚓一定是在使用一种窍门帮助它们挖通泥土为自己开出一条路来,但研究这种现象的力学需要同等的工程学。她说:“我的学习背景仅限于生物学, 我对我需要的物理学一点也不懂。”为了解决这一问题,她白天学习工程课程,晚上则搜寻有关蚯蚓挖土的窍门问题,最后她终于找到了一个被称为“光弹性压力分 析”(photoelastic stress analysis)的方法,这种方法使用了一个用偏振光和照相滤光器精心设计的装置来测量物体所受的压力,她发现用海水和白明胶混合在一起具有海底沉淀物 的物理特性,然后让其沉在一个容器底下。她把一条蚯蚓放上去,拍摄它挖地洞的情况。

通过研究蚯蚓周围的压力场,道甘发现蚯蚓其实是把嘴 伸出来像一个木楔子一样撬开泥土,然后很从容地进入由于裂纹而产生的空隙。为了保持向前运动,它们就不停地撬开泥土产生缝隙。按工程学术语,这是一种裂纹 扩展,而道甘的研究认为,这比蚯蚓吃掉泥士打通道路要少花费很多能量。

道甘的发现改变了科学家对整个地下生态系统的理解,生物学家意识 到蛤蜊、海胆甚至生长的树根前端打出的洞穴都是在活的杠杆的作用下完成的。道甘下一步计划研究海岸地区更大规模的洞穴效应,在海岸地区,蚯蚓可以挖开上面 四英寸后的泥土,寻找到被埋藏的营养物质而且能够搅拌像DDT这样的污染物。科学家自1881年开始就已经研究这种被称为“生物搅动 (bioturbation)”的现象了,当时,达尔文首次试图描述这种现象。

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(3)

十大科学才子:奥马尔·雅奇

6. 奥马尔·雅奇,41岁,氢纳米建筑师

他建造的“微型脚手架”将来有一天将用于你的气罐盛放氢。走出位于洛杉矶加利福尼亚大学的化学实验室,关上门,又回头看了看。他咧了咧嘴,说道:“对我所从事的职业来说,我有一个天大的秘密,那就是我害怕化学品。”

对一个化学家来说,这是一种不太可能的恐怖症,因为他的研究论文被列为该领域最有影响力的文章之一。但雅奇选择这个领域是因化学中活跃思维的一道道难 题,而不是与爆炸物有关的因素。他用自己曾发明的一种物质(看起来像婴儿奶粉)装满水壶,这种做法似乎很荒谬,但这个水壶却能比一间空屋子容纳更多的天然 气,这可能会带来“氢汽车”可用的第一个燃料箱的发明。如果你将这种物质放大10亿倍,它们看起来就像巨大的脚手架。以前,材料科学家们见过类似的结构, 但他们无法将其变成各种用于特殊目的的材料。南佛罗里达大学教授迈克·扎沃罗特科表示,按化学家的规范来设计这些结构是个梦想,雅奇正是将这一梦想变成现 实的人。

为了建造这种结构,雅奇使用微型金属支架,因为它们能构成稳固的接合点,让他可以建成各种各样的模式。例如,他建造的构造结实 的“蜂房”就能储存大量气体,气体分子会粘在横梁上,越聚越紧,在没有高压或低温的情况下将气体压缩。雅奇说:“我们人类都希望能控制周围的事物,我也不 例外。”

正如在约旦他还是个小孩时,雅奇就希望独立管理自己的生活,每当父母要求检查成绩单时,他都感到很不愉快。在16岁时,他独自 搬到美国开始了大学生活,从那时到现在,他一直致力于科学研究。他承认:“我发现在早上刮胡子或洗澡会影响工作。”在接下来的数年里,雅奇的献身有了回 报,他的发明在现实世界中得到应用,比如俘获从烟窗排放的二氧化碳的过滤器。但对雅奇来说,这些还不算什么。他说:“我没准备要去解决一些大的社会问 题。”但他总是追逐着未知世界,他说:“如果你真诚地去做,就会变成对社会有用的东西。”

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(4)

十大科学才子:陶哲轩

7. 陶哲轩,31岁,数学家

著名数学家陶哲轩是一位密码破译高手,现在他即将采用一种新方法,这种方法能有效的将破碎的信息拼凑在一起,提到这种方法,陶还要感谢加利福尼亚大学洛 杉矶分校的日托呢。这位加利福尼亚大学洛杉矶分校的数学家陶哲轩先生和来自附近州理工学院的埃马纽埃尔·坎德斯在日托外等着接孩子时,他们突发奇想,想搞 清楚是否可以在即使只截取了一些零碎部分就能重组一个混乱信息。利用几何学、统计学和微积分学等这一领域的概念,他们不仅证明了它的可能性,还指出了解决 这一难题的方法。他们的技术正在被任何一个想整理混乱信息的人采用,例如,中央情报局利用它窃听电话内容或者医生用它修复脑电图中出现的斑点。

这个作品是陶的经典之作:在新领域取得突破性发现需要掌握数学

光谱技 术。正是这种独创性让陶赢得了今年的菲尔兹奖,它是与诺贝尔奖地位相同的数学大奖。他自1986年就投身这一领域,是这一领域中最年轻的数学家,当时年仅 13岁的陶,在两年前就在国际奥林匹克数学竞赛中获胜,成为当时最年轻的奥林匹克数学竞赛获胜者。他在21岁从普林斯顿大学获得哲学博士学位后,在接下来 的十年中,“他确实是以暴风雨般的形式席卷整个数学界,”洛杉矶加州大学物质科学院院长、数学教授陈繁昌说。陶至少已经在数学的五大分支中取得了重要发 现,陈说:“这些领域的资深人士都敬畏的搔首而视。”

陶最卓著的成就给一项持续了几个世纪的数学探索画上句号。他利用几个领域的技术揭 开了质数的另一个让人惊异的模式。但在陶看来,不同数学领域之间存在的传统分界线似乎根本就不存在。“它们以某种形式相互联系,”陶的加利福尼亚大学洛杉 矶分校的同事约翰·加内 特赞同地表示:“你必须以陶哲轩的眼光看待这一切,而且其他人也确实如此。”

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(4)

十大科学才子:萨拉·西格

8.萨拉·西格,35岁,遥远行星搜寻者

西格的模拟实验向天文学家讲述了地外生命或许将在其他行星上留下怎样的指纹。在过去10年,天文学家已发现200颗环遥远恒星轨道运行的新行星,而这其 中并无一颗行星看似地球。华盛顿卡内基研究所天文学家萨拉·西格认为这种状况将会有所改变。她已想出一种弄清楚遥远行星拥有何种大气层的方式,试图证明类 似我们地球一样的行星遍布银河系。

关于遥远行星构成的资料非常少,西格通过想象从数千光年远的地方看地球的样子,制成了外太阳系行星的 早期模型。随后,她以无数种不同的方式对她的“地球”做出改变——使其体积扩展一倍,或是为大气层增加陌生的气体——每次她都要重新计算其外貌。西格的天 体库不仅显示了新发现行星可能的构成,也为天文学家的探寻目标提供了思路。旧金山州立大学天文学家黛布拉·费舍尔说:“她正在对那些我们只有少量或是没有 任何实验数据的天体做出预测。而她的那些预测推动了我们的观测。”黛布拉·费舍尔所在的研究小组因发现太阳系外多数已知行星而享有很高声誉。

实际上,西格的模型在发现一个遥远行星周围的第一个大气层时派上了用场。1999年,西格刚从哈佛大学获哲学博士后一个月,天文学家发现了一颗行星,这 颗行星运行在能从地球看到的每条轨道期间,经过其母恒星的前面,阻碍少量但却能探测的星光。西格将她对这颗行星所了解的数据加入到模型上,并预测这颗如木 星模样的“气体巨人”在其大气层中存在钠和钾。两年后,天文学家进行了搜索,真的发现了这些化学元素的“签名。”

迄今,西格已使用该方 法对约12颗行星的大气层进行制表,如今她正在寻找诸如臭氧等“化学签名”,这一点可以说明同地球相似的条件,或许甚至还存在地外生命。西格正在将那些或 许是由地外生命释放的每个潜在化学元素列成目录,并将每个化合物或许留在行星大气层的生物签名制成模型。这样一来,当望远镜捕捉到那些天体的最初迹象,我 们马上会确认它是:另一个地球。

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(5)

十大科学才子:埃里希·贾维斯

9.埃里希·贾维斯,41岁,鸟语翻译家

贾维斯有关鸣禽的研究颠覆了我们以往对人类语言的许多看法。倘若你认为身旁有鸣禽齐声歌唱会是一种令人愉悦的体验,那么你可要三思了。步入贾维斯位于杜 克大学的斑胸草雀饲养区之中,就好像进入一个有200个小车喇叭在同时尖叫的礼堂一般。当这位杜克大学神经科学家唱起雄性斑胸草雀的求爱歌曲的忠实版本 时,房间里唯一悦耳的声音恰恰来自贾维斯本人,

贾维斯学会了雀科鸣禽的唱歌方式:通过倾听其他鸣禽并模仿它们的音调。这使得人类和雀科 鸣禽都成为了“声音初学者”,这在动物王国属于一个罕见的特点(据悉,只有人类、鸣禽、蜂雀、鹦鹉、蝙蝠、海豚、鲸鱼和大象能做到这一点)。贾维斯的极富 创造力的研究表明,这一共享能力扎根于类似的大脑结构中。这或许也说明,“语言”是被编入所有脊椎动物大脑中的先天能力。

贾维斯最初是 通过在鸣禽唱完最后的小夜曲后立即对它们的大脑进行阻塞、划分和染色的方式,来研究鸣禽学习新歌的方法。这一过程证实,雀科鸣禽利用两个独特的神经系统通 道来学习唱歌,一个位于大脑前部,一个位于大脑后部。他随后发现,在神经学层面上,人类(以及鹦鹉和蜂雀)也以相同的方式学习说话(和唱歌)。

不过,倘若每一群体独立进化这种“说话”能力的话,我们的大脑又如何全部使用同样的神经排列?贾维斯认为,答案就在于进化——当我们于三亿年前拥有共同 祖先时,大脑就会适应语言变化。倘若他的观点正确,这说明甚至是复杂的人类语言也出自大脑的古老网络,同雀科鸣禽的“语言”来自相同的网络。

一旦神经科学家对这一基因蓝图有更为深刻的理解,他们就可以从理论上对其做出改变,或许是修复大脑损伤或只是增强我们学习新语言的能力。贾维斯正在扩展 其研究领域。他希望在哺乳动物身上做更多研究工作,尤其是人类身上(尽管他认为不容易找到研究对象)。贾维斯说:“我知道自己是在同人类打交道,但也不仅 仅是同人类。毕竟,要向这些鸟类学习的东西太多了。”

《大众科》杂志评出世界十佳科才(图)(5)

十大科学才子:刘易斯·万安

10.刘易斯·万安(Luis von Ahn),27岁,矩阵建造者

如果说电脑还有难题没有克服的话,他正在动用人的智慧解决这个问题。多数人工智能研究人员面对的一个艰巨的任务是,让电脑象人一样思考。卡内基·梅隆大 学的教授.刘易斯·万安瞄准的却是另一个难题,他集合了数万人的论证技巧,去做那些似乎并不重要,电脑又难以解决的工作。万安开发的最受欢迎的软件完成的 是电脑科学最难完成的任务:给互联网上的每一幅照片打上标签。单凭视角集体,电脑无法完美地区分照片,所以,万安的“ESP Game”网让网民们参加网上照片标注大赛。如果成功,你下次再到网上查到图片,就可以单刀直入了。(杨孝文 任秋凌)

CSDN 

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