01 超固态物质实现无液氦超低温制冷
每个物理学生都在题目中遇到过“光滑无摩擦的斜面”，那么，零阻力材料真的存在吗？
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孙培杰研究组，在大量精密计算以及超低温测量实验的基础上，在一种新型的晶体中发现了“自旋超固体”，这种物态最奇妙的性质之一，就是它没有摩擦力。
“超固体”中的每个分子的状态都完全相同，表现得像是同一个分子一样。超固体与普通固体，虽然都是小分子聚集成的大集体，但普通固体里的分子就像是上体育课的学生，自由散漫，而超固体里的分子就像是阅兵中的仪仗队，每个细节都完美一致。
因此，超固体物质既能维持自身的组织结构，又能维持零熵状态，实现完全无阻力的超流动性质。
这种物态属于玻色爱因斯坦凝聚态的一种，虽然理论上早已被预言，但是实现起来却异常困难。经过不懈努力，科学家们终于攻破了这一难题，相关结果于2024年1月10日发表在国际学术期刊《自然》中。
更令研究者们感到惊讶的是，在这种超固态物质中，出现了巨大的“磁卡效应”。磁卡效应也叫磁热效应，指的是有些物质在受到磁场作用时，温度会升高的特性。
科学家在刚发现的超固态物质中观察到了很强的磁卡效应，并且利用这一特性，开发出了超级制冷设备。
方法是，先给这种物质施加强磁场，使其温度升高，然后把它静置放凉；最后再移除磁场，于是物质的温度就会进一步降得更低。
实验中发现，这种新型超固态物质的磁卡效应非常强大，可以把温度降低到0.1开尔文以下（零下273.05℃，比绝对零度高0.1℃），这一新型设备已初步具有商用价值。
研究成果有望为低温固态制冷提供新的思路和解决方案，缓解低温研究领域面临的氦气短缺问题。
图1 二维三角晶格上的自旋超固态的形成示意图 （图片来源：cas.cn）
课代表总结：这材料用来做冰箱，也不知道费电不费电（狗头）
【参考文献】：
Junsen Xiang et al. Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06885-w
02 无名指比食指长，对性格有深远影响
长年在科学世界冲浪的笔者，在经历过第一期的“赛博算命”和第二期的“赛博看相”之后，自以为已经参破了命运的玄机而波澜不惊。
但是，2024年1月16日发表在《精神病学研究杂志》上的一篇研究文章，再次触及到了我的知识盲区：“赛博看手相”。
瑞士巴塞尔大学的Serge Brand通过研究表明，如果一个人的无名指比食指长，那么他具有反社会人格的概率会显著提高。
识别强大的生物标志物来解释和预测一个人的行为一直是一项有趣的科学事业。在早期的研究中，人们已经发现，无名指比食指长的人，在体育竞赛、商业竞争等领域也会做出更好的成绩，精神抗压能力比较强大，在压力下的表现也会优于无名指比食指短的人群。
虽然无名指长的人会有比较强大的精神意志力和奋斗精神，但在另一方面，科学家也发现，无名指比较长的人群中，出现攻击性行为、网络成瘾、自恋性人格、精神病态的比例也比较高。
也就是说，食指和无名指之间的比例可能与一个人的行为和人格特质有关。
研究者推测，无名指长度与人的性格行为的关联，可能与孕早期胎儿体内的性激素浓度水平有一定的联系。
有证据表明，孕早期（孕期前三个月）胎儿较高的雄激素水平可以促进无名指的生长而抑制食指的生长，而较高的雌激素水平则可以促进食指的生长，同时抑制无名指的生长。
而这些激素水平的差异可能会影响胎儿神经系统的发育，所造成的的差异最终可能影响胎儿出生及长大后的人格和行为。
无名指的长度不同，人格行为上的差异，这两者都是孕期激素水平差异所造成的。这样看来，“赛博看手相”确实是有一定科学道理的。
图2 食指和无名指的长度示意图。为什么要把左右手反过来画？（图片来源：whatsnew2day.com）
课代表总结：仔细观察就会发现，食指根部的沟很窄，而无名指根部的沟比较宽，测量的时候要从无名指沟的最下缘（也就是靠近手掌的一侧）进行测量哦~
【参考文献】：
Seyed S. H. et al. 2D:4D-ratios among individuals with amphetamine use disorder, antisocial personality disorder and with both amphetamine use disorder and antisocial personality disorder. Journal of Psychiatric Research (2024). https://doi.org/10.1016/j.jpsychires.2023.12.004.
03 亚马逊雨林中的“失落之城”
茂密的亚马逊丛林看似非常不适合人类的居住，这里闷热、潮湿，还有多种威胁人类健康的动植物。人们一直以为，这里只有一些小型原始部落进行着刀耕火种的原始农业。
早在二十多年前的一次实地考察中，法国国家科学研究中心的考古学家Stéphen Rostain在厄瓜多尔的亚马逊雨林中，观察到了几个土墩和被毁坏的道路。
这引起了他的注意，因为原始部落状态下的人们是不会有意识地修建道路的，有道路说明有交通需求，只有城市生活才会产生交通需求。
想要在草木葱郁的雨林中寻找城市的痕迹，这项工作不但繁重，而且还有生命危险。
随着科技的发展，空载激光雷达技术（LIDAR）能够穿透密不透风的树冠，直接探测到地表，就好像把所有树都砍掉一样。
这样一来，通过在临近地区不断地拍照、搜寻、交叉比对，考古学家终于发现并还原了这座史前城市的全貌。2024年1月11日的《科学》杂志为我们描绘了这座失落之城的图景。
这片占地1000多平方公里的广阔遗址，长期隐藏在厄瓜多尔东部安第斯山脉山麓乌帕诺山谷的丛林之中。这里有20 个由道路连接的定居点，其中包含了五个大规模的城市。
人们甚至能分辨出房间里的生活痕迹，有壁炉、陶罐、玉米种子。城市里的道路宽阔笔直，一看就是有人工组织建设的痕迹。科学家推测，想要建成这一规模的城市，需要几千人共同参与，而从城市规模来看，这里的居民可能一度有上万人。
另外值得注意的是，有些人工堆垒的土丘高达 10 米，表明它们不是住宅，而是举行仪式或庆祝节日的公共区域。
根据考古学家的推测，这座城市大约始建于公元前500年，距今有两千多年的历史。但是，到底是谁建造了它，又为何遗弃了它，这些人最终去了哪里，这些秘密仍然淹没在深邃的丛林中，等待着我们去一一解开。
图3 激光雷达拍摄到的城市遗迹 （图片来源：science.org）
课代表总结：挖地三尺，看看有没有古人埋下的金银财宝（我是为了上交国家）
【参考文献】：
Stéphen Rostain et al. Two thousand years of garden urbanism in the Upper Amazon. Science (2024). DOI:10.1126/science.adi6317
04 解密太平洋海底高原的复杂成因
人们对于夏威夷群岛这种“成串”出现的群岛的成因已经足够了解。它们是由于岩石圈经过一个海底岩浆热点，产生的多次火山喷发所形成的链状岛屿结构。
但是，人们对于海底高原的成因就所知甚少了。因为一个热点喷发形成点状的岛屿或者火山是可以理解的，但是想要喷发成一整个平整的高原却显得有些不可能。
在南太平洋斐济北部的海域就有这样一个海底高原，被称为美拉尼西亚边境高原（简称MBP），其面积有一个湖南省那么大，显然不可能是由于单次火山喷发形成的。
为了探究这一地形的成因，美国内华达拉斯维加斯大学的Kevin Konrad用了十年时间进行实地科考、样本分析、地震火山数据整理和计算机模型分析。研究表明，这一高原是四个独立的热点经过数千万年的持续喷发而产生的。
简单来说，就好像给四个孩子每人一支蜡笔，让他们在纸上随机画一条线，结果四个孩子不约而同地选择了在纸的同一个位置画线。这四条线叠加起来，就形成了一个显著高于纸面的区域。
第一个孩子是“路易斯维尔热点”，他在白垩纪时在这片区域画下了第一道山脊，此时距今至少6600万年，当时的地球还是恐龙的天下。
第二个孩子叫做“卢鲁图-阿拉戈热点”，他在距今5300万年前的始新世来到这一地区，画下了几个小岛和海底山脉，此时第一批哺乳动物刚刚出现。
而“萨摩亚热点”则在2000万年前的中新世开始作画，他在这里画下了高原的几个边缘区域的形状。这个时候的海里出现了鲸鱼。
最后一个到来的则是汤加海沟的地幔回流所导致的火山事件，这一事件持续了数百万年，并且目前仍在进行当中。
这项研究加深了人们对于海洋板块内部的大型结构成因的认识。研究内容发表在2024年1月15日的《地球与行星科学通信》杂志上。
图4 美拉尼西亚边境高原的位置及地形 （图片来源：sciencedirect.com）
课代表总结：火山喷发也突出一个“无巧不成书”！
【参考文献】：
Kevin Konrad et al. Four distinct pulses of volcanism built the Melanesian Border Plateau: Implications for oceanic mid-plate superstructure formation. Earth and Planetary Science Letters (2024), https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118549.
05 如何判断两枚指纹是否属于同一人？
指纹生物识别技术在现代社会中，是数字认证和法医学等领域中的重点技术。这一技术的主要前提假设是，世界上没有两个相同的指纹，即便是同一个人的手指也会各自不同。
然而这一假设受到了来自AI的挑战。在2024年1月12日的《科学·进展》杂志上，美国哥伦比亚大学的Gabe Guo与合作者训练AI来研究指纹，可以让AI准确判断两枚指纹是否属于同一个主人。
也就是说，AI发现了同一人的指纹之间存在着某些细微的相似之处。
从原理上我们可以理解，毕竟同一个人体内的基因都是相同的，不太可能，也没必要变出十个手指上完全不同的十份图案。但是指纹的生长非常复杂，纹路又非常多变，所以想要凭肉眼观察出同一人的指纹差异，还是比较困难的。
于是，研究者运用了目前最火的AI技术来探索这一问题。他们使用深度双神经网络来提取指纹表征向量，发现同一个人的所有手指指纹上的相似性，即使在控制传感器模态等伪因素时也是如此。
同时，研究者也发现，指纹嵴的方向，特别是在指纹中心附近区域的嵴方向，解释了这种相似性的很大一部分。
经过模型训练后，科学家测试了AI能够判断两枚指纹是否来自同一个人。AI识别的准确率达到75%以上，这也正式地挑战了“每一枚指纹都完全不同”这一传统假设。
在很多场景中，我们不可能采集全部的十个指纹，这就会导致我们无法仅凭一枚已知的指纹来确定或者排除这个指纹的主人。
虽然目前AI的准确率仍然不足以让法医采信，但是经过进一步的算法改进与探索，AI很有可能在将来揭示指纹之间的真正关联。
图5 指纹特征相似性分析（图片来源：science.org）
课代表总结：一斗穷，二斗富，三斗什么来着？（我去问问AI）
【参考文献】：
Gabe Guo et al. Unveiling intra-person fingerprint similarity via deep contrastive learning. Sci. Adv. (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi0329
作者：牧心
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