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Archive for the '科技' Category

09 August
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16.8万光年外超新星爆发遗迹3D图像公布

欧洲科学家首次获得超新星3D图像

天文学家首次获得了一颗恒星爆发(称超新星)留下遗迹的3D图像。一个科学家小组使用位于智利的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)对超新星1987A进行了观测,这颗超新星距离地球16.8万光年。研究结果显示此次超新星爆发非常剧烈,并且爆炸具有明显的方向性。

1987年人们观测到这一超新星爆发,这是时隔383年之后第一次肉眼可见的超新星爆发事件。3D观测结果显示,此次爆发在某些方向上强度更大,速度更高。这导致了爆炸遗迹的不规则形状。这一现象在近期的一些关于超新星的计算机模拟中已经得到预言。计算显示,在超新星爆发过程中存在大规模的不稳定性趋向。

在超新星爆发中最初被抛射出的物质速度高达每小时1亿公里,相当于喷气式飞机飞行速度的10万倍。即便在这样的高速之下,这些物质仍然要经过10年才能到达恒星在垂死之际喷出的尘埃与气体盘。

图像同时显示另外还有部分物质的运行速度要慢10倍,并被爆炸产生的放射性元素加热。这一研究成果将发表在《天体与天体物理学研究》杂志。

17 April
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美国17岁少年声称造出核聚变器

这位就是在自家地下室造出核聚变器的17岁美国少年泰格·奥尔森。

泰格·奥尔森造出的核聚变实验装置。

这不是发生在好莱坞科幻片中的故事。就在世界上七个国家签署了一份正式协议,要建立一个数十亿 美元搭建起来的实验性核聚变反应堆以释放太阳般的能量时,据美国《底特律自由报》20日报道,美国密歇根州的一名17岁少年自己在家中的地下室造出了一台 核聚变反应堆,其用的材料不过购自互联网。

这位就是在自家地下室造出核聚变器的17岁美国少年泰格·奥尔森。

同学眼里的“疯狂科学家”

这名叫泰格·奥尔森(ThiagoOlson)的少年就读于密歇根州的斯托尼高校,他长相清 秀、讲究干净,学校里的平均成绩是3.75分,正准备申请大学学习。然而在他的朋友们看来,他却是个“疯狂科学家”。

在泰格父母家的地下室里,泰格穷尽了其对物理的热爱,花费了两年,超过1000个小时的时间来 研究一个大机器:巨大、复杂的核聚变器。他首先在九月份做成这个实验,接着在其父母的车库里完善了这个机器。

泰格指着屋里的大型钢盒子介绍,这个仪器好像一个真空器一样,空气被吸进吸出,接着,他将氘 气,即氢气中的一种气体注射入这个仪器,从另一个老旧的X光设备传来4万伏特的电流,并施加在这个仪器中,让其运转,这样,仪器中的原子就会被吸引到中 心,接着产生核聚变。泰格表示,当这些发生时,会有小量能量产生。

核聚变器是利用原子分裂产生能量的东西,泰格把它形容为“物理的圣杯”。

加入核聚变制造者行列

而一家核聚变爱好者聚集的网站则把泰格列为了业余制造核聚变的原子爱好者的第18位。这个以 fusor装置为名的网站是为纪念发明人费罗·T·法恩斯沃斯博士所建,里面的论坛因为各种核聚变爱好者而显得十分热闹。

今年,泰格还是西门子基金会国家研究比赛的亚军,他还想着参加底特律明年三月举行的科学与机械 博览会,以此获得资格参加明年五月在新墨西哥州举行的英特尔国际科学与机械博览会。

现在,在其地下室的小小房间里,泰格建立起了一个科学实验室,里面的架子上摆满了标有“氢氧化 物”和“甲醇”的瓶子,另外还有一本破旧的名为“原子指纹:中子火化分析”的书。

在美国有着不少的核聚变爱好者,泰格很多想法也是从与他人在网上交流得来。

母亲还以为儿子会做厨师

过高的电压就有可能导致极其严重的后果,在泰格的真空器玻璃窗里,装着一台用于监视的摄像头, 如果X射线从这里穿出去了,后果也极其严重。

不过,最先的时候,泰格的母亲娜塔莎·奥尔森还是挺为这台机器高兴的,不过她并没有感到惊奇, 因为她的儿子总是有各种各样的怪主意出现。

“最先,他说他要造一个压力氧气笼。”她说,这个想法还遭到了她的反对,于是儿子就转而问自己 是否可以造一个核聚变器,这次娜塔莎默许了。

至今,泰格的父母还记得儿子是如何在5岁时就在努力地搞一些化学瓶瓶罐罐,以及如何在9岁时就 自己更换了其哥哥车里的电池。

泰格的父亲马克·奥尔森帮助儿子搭建了一些结构和电子装置。为了得到必要的组件,泰格大量浏览 了因特网,他从eBay上购买物品,还利用自己的年龄优势说服店主给他打折。整个制造的过程都来自他自己的想法以及和一些科学爱好者在网上交流时得到的建 议。

泰格的祖父克莱瑞斯是联邦政府的职员,在二战期间为国防部制造坦克,泰格曾表示希望自己也能像 祖父一样工作。“我从小就知道自己将来要做什么。”他说。

“我总是对科学有兴趣,这是我在学校里最喜欢的科目。”不过他的妈妈却是这么评价他的爱好的, “我还以为他会成为一名厨师,因为他那么喜欢把东西都混在一块儿。”

-专家评估

我不信小孩能搞出核聚变器——中国工程院院士、核武器工程专家胡思得

新京报:美国少年在地下室造出了核聚变器,你相信吗?

胡思得:不可能。核聚变怎么会这么容易造出来?

核聚变需要一定的能量,很高的温度,现在实验室里都是在非常大的规模下才能生产出一点点东西。 因为提供的能量太高了,目前的实验室都提供不了,因此只能用激光的办法加热,但需要非常大非常大的设备,不可能在这么小的房间里生产出来。

新京报:少年用了4万伏的电压击向真空容器中的原子也不够吗?

胡思得:完全不够。

新京报:这么说个人是造不出核聚变器的?

胡思得:不可能。即使国家也需要相当大的设备才有可能。

新京报:这也是为什么恐怖分子是造不出核武器的原因吗?

胡思得:核武器是另外一回事。核武器可能由核裂变产生,这点相对容易一点。

而核聚变则不可能变成核武器。核聚变要求相当高的温度,才能让混合气体中的氘和氚正电子之间产 生斥力,这种斥力非常地厉害,达到这种力量的温度可能要达到几千万摄氏度。所谓核聚变又叫热核聚变,是因为他的温度很高,这个热不是一般的几百摄氏度热, 而是上千万摄氏度的热,新京报:核聚变只有这种办法吗?

胡思得:我所知道的只有这种办法。主要一点是,核聚变必须用非常大的设备,这样才能把能量灌输 进去。

新京报:目前世界上的核聚变现实怎样?

胡思得:现在在实验室规模里面,非常大的设备也只能生产出一点点东西,才能发生聚变反应。这点 所有国家都一样的,是物理原理决定的,不是一个小孩在后院就能自己搞出来的。

成功的可能性几乎为零——北师大物理系教授刘辽

我对这个消息的真实性表示怀疑,青少年自己造出核聚变器的可能性几乎为零。核聚变是很难的,全 世界目前为止只有前苏联、美国、法国、英国这几个国家有此技术,现在还准备在法国的地方,大家合起来出钱搞。

一般的核聚变都是很复杂的装置。热核武器就是通过核聚变产生的,现在也没有一个国家能生产出热 核武器。

●装置介绍

泰格·奥尔森所组装的Fusor装置主要来自一台老旧的治疗乳腺癌的仪器,他往里面注射了足够 的氘,这是一种氢气的同位素气体,只不过自己另外有个中子。

仪器内部是真空的,设计者用4万伏的电压进行电击,奥尔森表示就这点就足够让原来紧密结合的原 子聚变成氦气,这个过程类似于太阳的聚变。

●实验过程

1、奥尔森的核聚变机器是一个钢制的容器,它里面的空气可以被抽出来,形成真空状态。

2、容器内形成真空后,奥尔森将氘气注入容器内。

3、然后,一个用废旧X光机零件改装的设备会向容器中发出4万伏的高压电流,容器内的原子会迅 速被吸引到中心,制造出“核聚变”反应,在容器中心产生一个明亮的小型能量球。

-关键词

核聚变

核聚变就是较轻的原子核聚合成较重的原子核,释放巨大能量的核能反应的过程。

在1939年,汉斯贝思发现,太阳和其他星体能量的输出是氢核子发生反应的结果。到了50年 代,美国科学家制造出了氢弹,其原理就是让氢的同位素氘和氚的混合物发生核聚变反应,氢弹产生了大量的氦核子。

尽管核聚变在太阳和其他星体中常见,要自己生产还是一件非常困难的事。

一般而言,有两种原理能够实现核聚变:激光聚变和磁聚变,依此原理,目前要实现核聚变已有不少 方法。最早的方法是名叫“托卡马克”型磁场约束法。

它利用强大电流所产生的强大磁场,把等离子体约束在很小范围内。

但这个装置如果运用在工业上成本不菲。

另外一个方法是惯性约束法,即把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内。 从外面均匀射入激光束,球面因吸收能量而向外蒸发,内层向内挤压,继而压力升高,并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度时,小球内气体便发 生爆炸,并产生大量热能。

Fusor装置

这个装置是由费罗·T·法恩斯沃斯博士为制造核聚变而设计出来的装置,这个博士还是电视的发明 者。

Fusor装置后来还经过众多科学家的改良。

大部分的核聚变控制系统都慢慢地对磁场中受约束的等离子体进行加热,而Fusor装置则将高温 的离子直接射入核反应器中,因此简化了反应。

当费罗·T·法恩斯沃斯博士第一次制造出这个装置时,成了第一个能清楚展现核聚变反应的非爆炸 性装置,人们当时就把核聚变发电的希望放在了Fusor身上。

目前最大的Fusor项目是一个名叫ITER的国际项目,该项目涉及欧盟、日本、俄罗斯和美国 等一些国家。

05 March
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新西兰男子研制出海陆空三栖气垫船

一名新西兰男子在互联网上拍卖自己制造的一艘海陆空三栖气垫船

这一神奇的气垫船是由新西兰男子鲁迪·赫曼设计制造的,不过他所使用的零部件都很普通

为筹集资金实施新的制造计划,赫曼把“飞行气垫船”放在TRADEME网站拍卖,底价为2万新西兰元(约合1.4万 美元)

一名新西兰男子在互联网上拍卖自己制造的一艘海陆空三栖气垫船,引起了世界各地网民的追捧。网站点击率飙升,而且出价也不断刷新新高。这一气垫 船看起来同普通的气垫船无异,但是其神奇之处在于不仅可以在水面上航行,而且还能在陆地上行驶,甚至能飞到空中。

这一神奇的气垫船是由新西兰男子鲁迪·赫曼设计制造的,不过他所使用的零部件都很普通,有许多还是常见的家用物品。他征用了家里烧烤炉的气瓶、妻子汽车 上的零部件、女儿摩托车上的控制杆等。

这艘气垫船有一对可拆卸的轻型帆布“翅膀”。它像一般的气垫船一样在水面上航行,待时速达到每小时90公里时便伸展开双翼,腾空而起,能升到距 地面约3米处,飞行速度可达每小时100公里。一个排量1.8公升的发动机为其提供动力,最长行程225公里。“飞行气垫船”上除了驾驶员的位置,还有一 个乘客的位置。因为害怕发生事故,赫曼拒绝让两个女儿跟他一起试飞。赫曼的首次试飞以失败告终,被迫降落,幸亏只有腿部受了点小伤。随后,他做出了调整。 如今,赫曼已在3米的高度试飞了75小时。

机械师赫曼生活在新西兰纳尔逊市。为了这个发明,他自学了压制玻璃纤维板和改造汽车发动机等技艺,还专门学了飞行技术。赫曼表示,他是在自家后 院研制“飞行气垫船”的,研制时间长达13年。他在网站上写道:“这个气垫船包括了各种各样的交通工具,包括飞机、气垫船和水上飞机。‘飞行气垫船’速度 很快,飞行起来就像一头怒吼的狮子,胆小的人最好不要尝试。”

赫曼还表示,这种三栖船比较适合农夫使用,在牧场上降落时,不必为开关围栏闸门而费心。新西兰当地航空和海事部门已同意,将“飞行气垫船”定位 为海上飞行器。这就意味着,驾驶这种气垫船,并不需要飞行牌照。所以赫曼希望,有朝一日,这艘神奇的气垫船能够进行批量生产,投放市场。

为筹集资金实施新的制造计划,赫曼把“飞行气垫船”放在TRADEME网站拍卖,底价为2万新西兰元(约合1.4万美元)。此次拍卖引起了广大 网民的追捧。赫曼说,这个项目花费了数十万美元。他之所以决定在网上拍卖,是想筹集资金进行更多的“秘密发明”。此次拍卖到3月13日截止,不过出价早已 经大大超过起拍价。网友对这一发明也不吝溢美之词。一名网友写到:“我不得不说这是我见过的最令人震惊的物品,我多么希望自己有钱购买啊。”另一人说: “这真是太神奇了,多么有创意的主意啊。”

02 March
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光电转换率最高可达100% 新型太阳能电池研发成功

加州理工学院近日研发出了一种新的太阳能电池,其基本原理是将细长的硅线阵列嵌入聚合物基板中。除了纤薄可弯曲外,它对太阳光的吸 收和光电转换效率 方面都取得了极大地突破。此外,和传统太阳能电池所需要的昂贵的半导体材料量相比,这种新型太阳能电池仅需要一小部分。

应用物理学及材料学教授Harry Atwater和Howard Hughes表示:“这些太阳能电池首次突破了传统的吸光材料的光捕获极限。”新型太阳能电池所采用的硅线阵列对单一波长的入射光的吸收率高达96%,对 全波长阳光的捕获率可达85%。

光电转换率最高可达100% 新型可卷曲太阳能电池研发成功

Atwater指出:“许多材料对光线的捕获能力很好,但是却无法转换成电能,比如黑涂料。对于太阳能电池来说,吸收的光子能否转换为电荷载子 (charge carrier)也非常重要。”而他们研发的硅线阵列太阳能电池则可以将所吸收光子的90%至100%转换为电子。从技术上讲,这种阵列拥有几近完美的内 部量子效率(internal quantum efficiency)。

Atwater总结说:“对光的高吸收率和较好的转换能力成就了这种太阳能电池的高质量。”

硅线阵列中的硅线长度在30至100微米(micron)之间,直径仅为1微米。整个阵列的厚度相当于硅线的长度,但是从面积或体积角落来看,这种 材料中只有2%才是硅,其它98%都是聚合物。由于硅是传统太阳能电池中一种很昂贵的成分,所以这种只需要传统所需量1/50的太阳能电池投产的成本将低 很多。

光电转换率最高可达100% 新型可卷曲太阳能电池研发成功

19 February
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手势控制:未来?

2002年,著名的科幻电影《少数派报告》上映,它划时代地描述了未来警察局使用的计算机界面。简单而言,这种 界面的主要特点是:

  • 悬浮式显示
  • 手势控制
  • 直接操纵
  • 多点触控

以下是一段视频:http://v.youku.com/v_show/id_XODI2MDA1Mjg=.html
之后在各种科幻电影中,类似的界面就不断出现,只是随便一想,在最近的电影中出现过的就有:
avatar
avatar-3dui
District 9
district9
World Builder
world-builder
等等。那么,这种界面真的能够成为未来世界我们生活的主要方式吗?本文首先来讨论其中的一个重要部分:手势控制。
早在1992年,著名的可用性专家Tog在Sun Microsystems(当然,现在已经被Oracle吃掉了)开始了一个名为Starfire的项目,这 个项目的主角是一部小电影,描述在遥远的未来(实际上是2004年),一个白领工作的一天。请注意,在这个时候,就连网络浏览器都没有出现呢。

在 starfire里面,出现了以下的特点

  • 物理实体与数字世界的互动:把一张报纸放在屏幕上,自动地扫描报纸上的信息。10多年后,微软的 surface中重新将这个概念以更加实际优雅的方式变为现实。
  • 声控界面:用自然语言发出命令,这个从iphone 3GS的声控命令和Nexus One的声控输入中我们可以看到已经离商业产品只有一步之遥了。
  • 直接操控
  • telepresence:通过三维立体显示,将工作者的形象远程投射到另一个地点,这个 目前商业化还没戏。
  • 手势控制

《少数派报告》的界面显然受到了starfire的启发,然而其实际设计,是由MIT media lab(媒体实验室)的Tangible Media组完成的。这个组的领导是Hiroshi Ishii,其中手势控制的部分,被称作”g-speak”的空间操作界面(Spatial Operating Interface SOE),早在20世纪90年代初就开始开发了,它在开发的时候的主要目的是:

  • 分析大数据集合
  • 三维界面操作(对三维建模的工作很适合)
  • 在一个组织中进行大规模的多用户协作

在这里可以看到一段演示的视频。http://v.youku.com/v_show/id_XNTM1NDQzNTI=.html
然后,在2009年,一个印度哥们Parnav Mistry,同样来自Media Lab(所属Fluid Interfaces组),在著名的TED会议(Technology, Entertainment, Design)上展示了一个名为Sixth Sense(第六感)的Augmented Reality(增强现实)设备套装,这个套装由挂在脖子上的超小投影仪,摄影镜头,以及手指上的传感器组成。这个展示是一鸣惊人,现在在中文圈里面都传 得热火朝天,大家baidu一下“MIT 天才”就知道了。
这里有一段第六感的视频:http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ0MTM5Njg0.html
第六感的主题实际上是augmented reality,contextual interface和ubiquitous computing,不过在这里面手势控制也起到了重要的作用,因为整个交互都是由摄像机捕捉手指的移动进行的。
微软也认为手势控制是未来人机界面的重要方向。2009年,微软在Xbox平台上推出了名为Natal的动作感应平台:http://v.youku.com/v_show/id_XOTU2NTY2MjQ=.html
Natal可以比较简单地理解为一个不需要特定遥控器的Wii。随后,微软又在考虑将这种技术移植到办公室工作环境中,以下是一段视频,被 称为微软对下一代office的展望:云 计算与“自然”用户界面:
那么,手势控制究竟会在未来的计算中有如何的地位呢?
首先来分析它的特点。手势控制需要使用到更多的大肌群动作,和更多的精细/粗略运动(Fine/gross motor movements)切换,
这将导致:

  • 耗费更多的体力。Tog早在制作starfire的时候就在抱怨他的手在操作所谓的“未来界面”时候 很累。而实际经验也告诉我们,将手臂悬空在三维空间里面长时间运动,同时还要保证定位的准确度不是个容易活。
  • 错误率提高。例如在使用鼠标的时候,为了正确操作屏幕上的一个点,需要将鼠标在二维平面中 移到正确的点,但是在手势控制中,很可能就需要将手在三维空间中移动到一个正确的点,显然这样的错误率是会大大提高的。为了避免这些不足,手势控制操作的 对象不能太小,而密度也不能太大。实际上这是大多数直接操作界面存在的问题,例如iphone就推荐操作对象不小于44px * 44px。
  • 定性的而非定量的操作。由于人本身动作的精细度有限,导致手势控制等direct manipulation的操作精细度存在极限。同时手势也存在不稳定性。虽然可以用技术来屏蔽手的细微抖动,通过磁性吸附等交互方式来辅助,然而这始终 不能代替鼠标等像素级的精确控制。

从目前来看,手势控制适合干这些事情:

  • 操作对象就存在在三维空间中的情形。例如三维建模软件中视图经典的平移,旋转、缩放操作。事实上,目 前大多数对手势操作的演示基本都是在对某个对象干这三件事情。
  • 游戏。毫无疑问。
  • 短时间的休闲应用。例如把一个文件从一台电脑上“抓”到另一台电脑上,做翻书的动作时屏幕 上的书也翻页……问题是,这些操作其实用键盘等直接输入工具是更加快捷的。

然而对于目前典型的office应用,如文书处理,数据处理,绘图等,我认为手势操作在相当长的时间里很难成为主流。
目前出现的这些对未来界面的设想,大多标榜的旗号是带给人类更加“自然”的互动,让人们感觉不到界面的存在。这当然对于初学者是非常好的, 问题是当我们针对的数据本身就不是自然的存在时,这些利用自然动作的metaphor就很可能成为效率的阻碍。数十年前,人完全要适应计算机的逻辑,从而 导致计算机非常难用,但是如果未来的计算机要完全适应人的逻辑,那么我很深地怀疑其效率也会变低。