《自然》、《科学》新文章摘要

微中子

在这里想和大家分享每周在《自然》和《科学》这两个杂志里发表的学术论文，研究报告等等。

关于《自然》和《科学》这两个科学杂志可以看以下wikipedia的介绍：

自然
科学

我会从每周的《自然》和《科学》杂志选出一两篇我认为有趣的新发表论文，摘录其重点和大家分享。由于我的兴趣在于物理和数学，我可能会比较偏向于选择物理和数学的文章。我希望其他网友，尤其是在生物，化学等其他领域有研究的能够帮忙分享最新的研究成果。

由于《自然》是星期四出版，《科学》是星期五出版的，而且我也需要一些时间来阅读那些文章，所以我一般上会在周末更新这个帖子。

本周的论文摘要将在这个周末发表。

[ 本帖最后由 微中子 于 5-1-2008 05:10 PM 编辑 ]

superDog

我今年没有续订 《Science》......
(ps: 车油起价了 把钱投资在 水---氢 汽车推进系统 )

希望有好的文章，您多多装载上来。
我嫌的是《Science》杂志的广告有点过多了些

微中子

原帖由 superDog 于 4-1-2008 07:06 PM 发表
我今年没有续订 《Science》......
(ps: 车油起价了 把钱投资在 水---氢 汽车推进系统 )

希望有好的文章，您多多装载上来。
我嫌的是《Science》杂志的广告有点过多了些

好在大学里有institutional subscription，剩下了这些钱。
更何况，很多时候《Science》里的文章就只有那几篇我真正看得懂，如果订阅的话蛮花钱的。
我现在打算订阅《Scientific American》，钱是给了不过杂志还没收到。可能也会选出一两篇来和大家分享。

整篇转载上来应该不可能啦，版权的问题嘛。不过会尽量的summarize要点上来和大家分享啦！

微中子

《自然》 （1月3日）

1。 美国总统人选的党内初选也引起了《自然》注意。科学研究和国家政策息息相关。上个月由美国国会通过的预算案里，让许多科学家尤其是高能量物理学家失望了，同时也打击了国际直线对撞机（International Linear Collider）的计划（拨款从原本计划的60 million降低至$15 million）。不过，在再生能源等方面的研究基金则增加到$1.3b。除此之外，还有美国对环保和气候变化的政策也和下届总统有莫大的关系。
看pg1的《Election fireworks》 和 pg2的《Budget blow to US science》等文章。

2。 磁单极子（magnetic monopole）在物理是一个非常有趣的课题。磁铁和电磁等都是磁偶极子（dipole），而虽然一些理论里预测了磁单极子的存在，到现在为止还是没有被发现。在《自然》451, 42–45 这篇文章里，来牛津大学、马克斯-普朗克研究院和普林斯顿大学的三位物理学家提出了磁单极子存在于spin ice的可能性。在理解什么是spin ice之前，必须知道自旋（spin）是什么东西。在量子物理里，粒子可以拥有一种“内在”的角动量，成为自旋。虽然自旋也是一种角动量，而且也有相应的磁偶极矩（magnetic dipole moment），不过却和经典的自旋（比如地球的自旋）有本质上的不同。详情可以看http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E6%97%8B。如果我们适当的排列这些spin（排成和冰一样的tetrahedral排列），那么就形成spin ice。在这种量子物理系统里，一般上会基态（ground state）和激发态(excited state)。在一些系统里的激发态会有粒子的性质，物理里成为quasi-particle，而根据他们的理论磁单极子可能会以类似quasi-particle的形态出现。简单来说，他们的磁单极子并不一定是基本粒子，而有可能出现于多粒子之间的作用形成的现象。在这里引用他们的第一段:

Electrically charged particles, such as the electron, are ubiquitous. In contrast, no elementary particles with a net magnetic charge have ever been observed, despite intensive and prolonged searches (see ref. 1 for example). We pursue an alternative strategy, namely that of realizing them not as elementary but rather as emergent particles—that is, as manifestations of the correlations present in a strongly interacting many-body system. The most prominent examples of emergent quasiparticles are the ones with fractional electric charge e/3 in quantum Hall physics2. Here we propose that magnetic monopoles emerge in a class of exotic magnets known collectively as spin ice3, 4, 5: the dipole moment of the underlying electronic degrees of freedom fractionalises into monopoles. This would account for a mysterious phase transition observed experimentally in spin ice in a magnetic field6, 7, which is a liquid–gas transition of the magnetic monopoles. These monopoles can also be detected by other means, for example, in an experiment modelled after the Stanford magnetic monopole search8.

看pg22的《Magnetism: Freedom for the poles》和pg42的《Magnetic monopoles in spin ice》
还有http://physicsworld.com/cws/article/news/32343;jsessionid=70A44CC131B24085DD0BC47DACD1F0D1。

3。其他我认为有趣的新闻：

- 在海地争夺领域也要看地质学家的研究！看pg 12 《Geology: The next land rush》

-电磁虫洞与虚拟磁单极子！看pg27的《optics: watch your back》 & PRL 99, 183901 (2007)
在这个研究里应用到metamaterials。metametarials是一用人造的material。我们知道materials对电磁波的反应可以通过那个material的epsilon（permittivity，介电常数）和mu(permeability，磁导率)这两个常数来理解。Matematerials的概念就是通过人为控制这两个常数来达到你想要的效果，研究的领域包括了invisibility，negative refractive index等等。

-对CO2 cycle的研究。看《Carbon cycle: Sources, sinks and seasons》, 可惜的是我自己不是很了解，希望有其他人能够帮忙解释啦!


《科学》 （1月4日）
1。这一期的《科学》有一个特刊，cosmic web，是和天文学有关的，主要应该是探讨星体的分布、电脑科技对预测宇宙物质分布的用处和missing mass的课题。对宇宙学和天文学有兴趣的网友可能要留意一下最新的研究成果和方向。我自己就没什么兴趣啦，或许有其他网友愿意和我们分享？

2。《自然》这个英国已经那么关注美国的政治了，《科学》身为美国杂志就更加关注美国科学预算和未来总统选举的时间了。不只如此，《科学》还刊登了候选人们对不同科学课题的看法。

3。瑞士的一些科学家发表了对生质燃料（biofuel）的研究（R. Zah et al., Ökobilanz von Energieprodukten: Ökologische Bewertung von Biotreibstoffen (Empa, St. Gallen, Switzerland, 2007).），《科学》杂志就为这个研究做一些评论。主要的是探讨究竟生质燃料有多环保？生质燃料有很多不同的种类，根据这篇文章，大多都比石油释放比较少的绿屋气体。在不同的生质燃料之间来作抉择，就要看在准备这些燃料的过程是否有牵涉到其他危害环境的步骤。在这个瑞士科学家的研究里，他们采取了两个criteria，一是绿屋气体的排放量，二是整体上对环境的冲击。引用文章里的一段：

The findings of Zah et al. are striking (13). Most (21 out of 26) biofuels reduce greenhouse- gas emissions by more than 30% relative to gasoline. But nearly half (12 out of 26) of the biofuels--including the economically most important ones, namely U.S. corn ethanol, Brazilian sugarcane ethanol and soy diesel, and Malaysian palm-oil diesel--have greater aggregate environmental costs than do fossil fuels (see the figure, top panels). Biofuels that fare best are those produced from residual products, such as biowaste or recycled cooking oil, as well as ethanol from grass or wood. The findings highlight the enormous differences in costs and benefits among different biofuels.

我对生质燃料也不是很了解，所以希望有朋友能够补充一下啦！
看pg43的《ENVIRONMENTAL SCIENCE: How Green Are Biofuels?》

4。还有一个引起我兴趣的是关于脑袋的研究。脑细胞（neuron?)和脑细胞之前不是连接的，而是有一个小空隙，在生物里称作synapse。在neuron里面，信息的传播是靠电，而neuron之间的交谈是靠化学方式的。Synapse就是好像一个脑细胞和另一个脑细胞沟通的管道，而这个管道可以是比较强或者比较弱，也可以是excitory 或 inhibitory的。当我们学习东西的时候，这个管道就可能变成比较前或者比较弱，这个现象就叫plasticity。我自己也不是很懂这一方面，不过因为对neural network和人脑的学习有兴趣而略懂皮毛，如果错的话请指出。这文章是对plasticity的研究，不过写得太深了，而《科学》杂志所提供的摘要我也不怎么看得懂，希望会有人能够帮忙解释。
看pg 39的《NEUROSCIENCE: Rules of Plasticity》和pg 101的《Ongoing in Vivo Experience Triggers Synaptic Metaplasticity in the Neocortex》



后记：
想不到还真不容易，花了不少时间，而且很多文章都无法完全理解，给大家一个好的叙述。我希望至少这个帖子能够让大家知道科学界里的一些新发展，还有就是引起大家对一些研究的注意和兴趣。我写得不是很好，所以如果有错误，或者不清楚的地方请指出。最后，希望大家能够给一些feedback看着帖子是不是有用，提供一些改善的意见。谢啦！

其他版主：这帖子应该不算是打广告吧？我相信没有几个人会考虑买这两个杂志，而且声明一下我也不鼓励网友们自己订阅（太贵了！！！），所以不算打广告吧？不懂马来西亚的公共图书馆有没有订阅这两本杂志？

[ 本帖最后由 微中子 于 5-1-2008 06:11 PM 编辑 ]

微中子

《自然》 （1月10日）

1。 关于生态的研究。这是发表在PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）的研究，在《自然》里有提到。引用《自然》里的介绍：

Cats kill birds, and therefore eradicating cats from an island would seem to be a good strategy for protecting the native population of seabirds. But that thinking does not take account of ecological complications

文中提到了关于mesopredator的概念。我对整个文章的理解是，在一些情况之下，外来的生物会侵入某个生态，而影响到生态的平衡。就比如在一个小岛里减少猫的数量，由于猫会使到海鸟的数量减少（吃海鸟的蛋，甚至捕食海鸟），我们或许会以为海鸟的数量会增加。不过，由于猫数量的减少，老鼠的数量也会增加；老鼠也会威胁到海鸟的蛋，影响海鸟的数量。这个效应就叫mesopredator.文中深入地探讨不少其他也会影响到整个平衡的因素，不过我就不是很清楚了。如果有谁对这些方面有研究的不妨与我们分享。
看pg134的《Conservation biology: Cats, rats and seabirds》 和 PNAS 104, 20862.

2。 "Classical" casimir force!! 这个我本身觉得蛮有趣，不过完全没有接触过的一个领域。要理解这个研究，先看看什么是casimir force。摘自wikipedia的: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%96%80%E5%B8%8C%E7%B1%B3%E7%88%BE%E6%95%88%E6%87%89

喀希米爾效應是由荷蘭物理學家亨德里克·喀希米爾(Hendrik Casimir)於1948年提出。其根據量子場論的「真空不空」觀念——即使沒有物質存在的真空仍有能量漲落，而提出此效應：真空中兩片中性(不帶電)的金屬板會出現吸力；這在经典理論中是不會出現的現象。

让我尝试解释。。。量子场论里就算在真空里，电磁场也是会有涨落（fluctuations?）。如果我们有两片金属板的话，而且这两片金属板很接近彼此，那么在金属板之间并不是所有的电磁场mode都会出现，因为电磁场必须遵守在金属板的boundary condition。那么在两片很接近的金属板之间，因电磁场而产生的压力（radiation pressure或类似这种的压力？）会比较小，而外面的压力就比较大。这样就形成了两个接近的金属板之间的吸力。

The quantum Casimir effect comes about because a vacuum always contains fluctuating electromagnetic fields. Normally these fluctuations are roughly the same everywhere, but two close conducting surfaces set “boundary conditions” that limit the number of allowed field frequencies between them. Only waves that can fit multiples of half a wavelength between the surfaces resonate, leaving non-resonating frequencies suppressed. The result is that the total field inside a gap between conductors cannot produce enough pressure to match that from outside, so the surfaces are pushed together.

摘自Physics World网站。

所谓的“经典”喀希米尔效应又是什么意思呢？在这里，正确的名称应该是"critical casimir effect"。这个效应是由Micheal Fisher和去年刚刚去世的法国诺贝尔奖得主Pierre-Gilles de Gennes 所提出的。在这里，所谓的涨落不是量子性质的，而是classical的涨落。这些涨落和在真空里的电磁场涨落一样，会受到boundary condition的影响，而产生了critical casimir effect。这个《自然》的论文是关于测量这个casimir force的。当然，在文章里比较重视的是那个测量的技术，因为这个效应不是很大，所以必须要用比较聪明的方法来测量。

想知道更详细的就请看以下的文章了，因为我自己也是刚刚听过这个critical casimir effect。如果有谁比较了解的话不妨和我们分享。

看pg136的《Physics: The force of fluctuations》 和 pg172的《Direct Measurement of Critical Casimir Forces》。
Physics world 的介绍：http://physicsworld.com/cws/article/news/32380



《科学》 （1月11日）
1。又是一个和生态有关的论文。这是关于蚂蚁和植物的关系。植物的种类是acarcia，这种植物给蚂蚁提供生长的环境，同时提供nectar给蚂蚁作为食物，以换取蚂蚁对草食动物的保护。然而，如果我们将这些植物从这些草食动物隔离起来，那么这个互惠的关系就会受到印象。文中作者发现那些受篱笆保护的植物不会比那些受草食动物使用的植物来的健康！引用《自然》里的解释：

With their leaves out of danger, acacias cut back on hollow thorns and nectar-producing glands. Meanwhile, the ants became less vigilant and were more likely to raise herds of sap-sucking scale insects, which provide the ants with food much the way dairy cattle provide milk. Besides pilfering a tree's liquid--a scarce resource in this dry habitat--the scale insects might spread plant disease, Palmer says.

A related ant species, C. sjostedti, also took over the enclosed trees. A lackadaisical guardian, it somehow encourages colonization by wood-boring beetles that C. mimosae typically fends off. C. sjostedti nests in the holes the beetle drills instead of in the acacia's hollow thorns. The researchers determined that an acacia inhabited by C. sjostedti grows more slowly and is twice as likely to die as trees inhabited by the other ant species. "Big African mammals are important for maintaining cooperation between ants and plants," Palmer says, and this reciprocity "falls apart within a decade of herbivore removal."

生态环境的平衡的确蛮有趣的，而且生物之间的关系蛮复杂，所以有时候会有出乎预料的结果。

看pg146的《Ecology: The importance of being eaten》 和 pg172的《Breakdown of an Ant-Plant Mutualism Follows the Loss of Large Herbivores from an African Savanna 》。
Physics world 的介绍：http://physicsworld.com/cws/article/news/32380

2。关于化学的，很感谢TonyDaisie网友的评论。
看pg168《CHEMISTRY: Not So Simple 》 和 pg183Imaging Nucleophilic Substitution Dynamics 》。

[ 本帖最后由 微中子 于 12-1-2008 04:51 PM 编辑 ]

superDog

谢谢您。 这个谢谢是 11-1-2008 给您的

TonyDaisie

imaging nucleophilic substitution dynamics可以让我们多料解更
多科学家所建议的mechanism. 在organic里的mechanism是最难搞得。
在不同的情况下(collision energy)会产生什么mechanism还是products。希望ion-molecule crossed beam imaging system可以更加详细的解析出什么时候出现什么样的reactions (SN2, backsided attack...........).
这对organic,inorganic,nanotech的领域肯定带来突破。

http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/sci;319/5860/168.pdf

微中子

《自然》 （1月17日）&《科学》（1月18日)

特刊：Year of planet Earth
看到了这一期《自然》的特刊才知道原来今年是国际地球年（International Year of Planet Earth），详情看http://en.wikipedia.org/wiki/International_Year_of_Planet_Earth。这一期有一些关于地质学的文章，而且都可以免费下载！！http://www.nature.com/nature/supplements/collections/yearofplanetearth/

里面的文章如下：
1。Year of planet Earth
2。A tribe of jobbing ditchers
3。A planetary perspective on the deep Earth

4。Using seismic waves to image Earth's internal structure
5。Mineralogy at the extremes
6。Earthquake physics and real-time seismology
7。From landscapes into geological history
8。The rise of atmospheric oxygen
9。An early Cenozoic perspective on greenhouse warming and carbon-cycle dynamics
10。Unlocking the mysteries of the ice ages
11。Ocean circulation in a warming climate
12。Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks
13。An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle
14。A steep road to climate stabilization
15。Small-scale cloud processes and climate
16。Earth science and society

一直以来我对earth science都非常有兴趣，不过我大学完全没有这一科！我想既然是可以免费下载的，有兴趣的网友可以下载来看，然后在这里，或者在《生物自然》里讨论。对了，不懂鸟哥有什么看法呢？尤其是第11篇文章，是否和你的研究有关？

这一期的《自然》文章就推荐这些而已，我自己也想花一些时间看看这些文章。


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这个礼拜里，有一篇文章引起了《自然》和《科学》的注意。这是在《自然》发表的一篇文章。文章里讲的是和一种鸟类的脑细胞反应。主要应该是说当小鸟唱某一种歌的时候和听到同样一首歌的时候，脑里的反应是一样的。

Here we report that a certain class of neurons in the swamp sparrow forebrain displays a precise auditory–vocal correspondence. We show that these neurons respond in a temporally precise fashion to auditory presentation of certain note sequences in this songbird's repertoire and to similar note sequences in other birds' songs. These neurons display nearly identical patterns of activity when the bird sings the same sequence, and disrupting auditory feedback does not alter this singing-related activity, indicating it is motor in nature. Furthermore, these neurons innervate striatal structures important for song learning, raising the possibility that singing-related activity in these cells is compared to auditory feedback to guide vocal learning.

作者推测这类的脑细胞活动可能和学习有关联。有兴趣的可以看：
《自然》里pg 249的《Behavioural neuroscience: Neurons of imitation》和pg305的《Precise auditory-vocal mirroring in neurons for learned vocal communication》
《科学》里pg269的《Mirror Neurons may help songbirds stay in tune》

[ 本帖最后由 微中子 于 22-1-2008 09:07 AM 编辑 ]

斷羽鳥

８，１１， １２， １４和１５都和我的研究有关。 尤其是１２和１５。 我也有几张有关的文章，不过都还没到Nature／science的程度。 正在努力朝那梦想走去。 不过也算可以了，有篇还得过奖，被引用几次。 如你有兴趣知道多些，问吧，在我能力范围内，尽量解答就是。

今年，不止是国际地球年，也是亚洲季风年 。。。对研究季风的人来说，这一两年，有太多的节目了。

[ 本帖最后由 斷羽鳥 于 18-1-2008 01:21 PM 编辑 ]

微中子

Science Express是《科学》杂志在网上提早发表的文章，一般上是在出版前发表的。

昨天Science Express刊登了一篇很有趣的文章，也引起了《自然》杂志网站的主意。
先看看：Genome stitched together by hand，http://www.nature.com/news/2008/080124/full/news.2008.522.html。

Scientists have succeeded in stitching together an entire bacterial genome, creating in the lab the full set of instructions needed to make a living thing. The stage is now set for the creation of the first artificial organism — and it could be achieved within the year.

Venter and his colleagues have already managed to transplant the DNA from one bacteria into another, making it change species (see Genome transplant makes species switch/news070625-9). These bacteria were closely related to M. genitalium. If the transplant can be repeated with a man-made genome adapted from M. genitalium, the result could qualify as the first artificial life form (see 'What is artificial life?').

原文看：
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1151721

有谁是比较清楚这一方面的研究吗？不妨分享分享。
我尝试了解后，如果有什么新的资料在和大家分享。

[ 本帖最后由 微中子 于 25-1-2008 08:20 PM 编辑 ]

微中子

《自然》（1月24日）

1。这一期的《自然》引起我注意的只有一个文章，这篇文章时介绍发表在Physical Review Letters的一篇论文。普通的光线都会扩散，就算是激光也会。不过，一群物理学家成功地制造出来不会扩散的光束！

The law of wave diffraction is a tough nut to crack. Consider, for example, a beam from a simple laser pointer. It might still seem narrow and pencil-like when you shine it on a wall or screen a few metres from you, but if you were to point it at the Moon, it would have a diameter of several hundred kilometres.

这些不会扩散的光束，wave packet必须是以airy function分布。Airy Function是数学里的一个special function。
详细资料请看
pg413的《Optics: Against the spread of the light》和Phys. Rev. Lett. 99, 213901 (2007)

We report the first observation of Airy optical beams. This intriguing class of wave packets, initially predicted by Berry and Balazs in 1979, has been realized in both one- and two-dimensional configurations. As demonstrated in our experiments, these Airy beams can exhibit unusual features such as the ability to remain diffraction-free over long distances while they tend to freely accelerate during propagation.

好奇的是abstract里的freely accelerated的意思是什么呢？如果是光的话，不就是光速了吗？如何加速呢？

[ 本帖最后由 微中子 于 25-1-2008 08:59 PM 编辑 ]

斷羽鳥

原帖由 微中子 于 25-1-2008 08:55 PM 发表
好奇的是abstract里的freely accelerated的意思是什么呢？如果是光的话，不就是光速了吗？如何加速呢？

Spacetime CURVATURE。所以光是可以往第４纬空间加速。 理论上是酱说。
不过近期也有科学家通过物理实验推敲光束绝对这种说法是不正确的。详情找找看google应该有。

微中子

原帖由 斷羽鳥 于 25-1-2008 09:43 PM 发表


Spacetime CURVATURE。所以光是可以往第４纬空间加速。 理论上是酱说。
不过近期也有科学家通过物理实验推敲光束绝对这种说法是不正确的。详情找找看google应该有。

哦。。
有可能，还没有看那一篇文章。
最近一直都很忙。


这年头什么理论都有

斷羽鳥

原帖由 微中子 于 26-1-2008 07:53 AM 发表


哦。。
有可能，还没有看那一篇文章。
最近一直都很忙。


这年头什么理论都有

科学本就是如此 。。。不是这年头才有的事。 个人观点。

微中子

农历新年要到了，这两期的《自然》和《科学》没有时间看，所以就无法发表了。