沙粒哈利波特罗恩升级当爸

国际2013年8月22日星期四Tel押(010)519493933主编:赵路编辑:张冬冬校对:么辰E-mail押lzhao@stimes.
cn根据一项新的计算机模拟,沙粒在空中相撞会使沙尘暴的力量加倍.
该项研究———在虚拟风暴中追踪每个沙粒的首批分析研究之一———能够帮助预测这种破坏性的天气现象如何塑造周围的地形风貌.
在计算机中重建一场风暴并不容易.
这些被风吹起的沙子———可以导致道路交通事故,侵蚀建筑物和机器,并能导致沙丘形成等规模更大的过程———包含着数以百万计的相互作用的沙粒,它们被不断变化的风推动着.
新研究的首席作者、瑞士苏黎世联邦理工学院的物理学家MarcusViniciusCarneiro表示,这些沙粒相互作用的复杂程度甚至超过了最强大的处理器,这使科学家不得不在模型中进行简化.
不过随着计算机速度不断提高,研究人员已经可以将其模拟过程处理得更加复杂.
最新的模型能够揭示看起来一片混乱的沙云中的层次.
在离地面只有几厘米的被称为软床的一层中,跳跃的沙粒随着风的方向移动.
软床之上,少数的沙粒在跳跃,该过程被称为跃移.
由于风速随着纬度升高而加大,这一层的沙粒比软床层移动得更快,有更长的轨迹.
不过,Carneiro称,物理学家很难解释是什么作用使这两层沙粒分离.
他和同事已经开展了一个项目(曾在2011年的一篇论文中首次进行了描述),在有不同风况的模拟风暴中,追踪了每个沙粒的轨迹.
他们现在可以模拟4000颗沙粒的运动,Carneiro指出,这数量比一口吸进的沙子还要少,但该项模拟在复杂程度上仍然是一个飞跃.
在新研究中,研究团队关注了之前模型所忽视的一个特征:空中每个沙粒之间的相互碰撞.
"如果忽略了粒子在半空中的碰撞,数学模型可以很简单.
"德国埃尔兰根纽伦堡大学的物理学家EricParteli如是说,他并没有参与该研究.
他表示,最初人们认为这些相互作用对沙尘暴的速度和力量的影响是可以忽略不计的.
研究团队通过模拟测量沙粒在半空中的碰撞对一场风暴强度的影响———风暴强度以在一定时间内通过一定体积空气的沙粒流量来计算.
在其模型中,他们可以调节沙粒碰撞的发生与结束,并观察沙粒流量如何变化.
Carneiro称,研究团队预期互相碰撞的颗粒会消散能量,从而使沙尘暴慢下来,然而实验结果却出乎意料.
模型中的沙粒在空中相撞却增大了流量,有时甚至使风暴强度加倍.
研究人员将报告在线发表于本月的《物理评论快报》上.
"刚开始我们以为这是一个错误.
"Carnerio称.
不过随着研究人员进一步进行模拟实验,他们找到了解释.
沙尘暴开始时,强风将一些颗粒吹离地面.
当它们落回并碰撞到软床上缓慢移动的沙粒时,所产生的撞击使更多的沙粒飘到空中.
(之前的研究曾指出过此种撞击作用.
)该团队称这些被撞击飘起的沙粒为"跳跃者".
当沙粒在落下过程中与正在上升的"跳跃者"冲撞时,下降的沙粒会得到提振从而升高.
而落下的沙粒又会激起更多的"跳跃者".
当沙粒随着更大的风速到达高处时,沙尘暴就会升级.
苏黎世联邦理工学院的物理学家HansJürgenHerrmann表示,这种更加详细和精确的模型可以帮助科学家更好地预测沙丘移动,或者管理受侵蚀威胁的沿海土地.
他认为以前的模型并没有将沙粒在空中相撞的作用考虑在内,因此低估了沙尘暴的力量,从而使关于沙尘暴对地形风貌影响的预测并不准确.
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的大气物理学家JasperKok并没有参与该研究,他指出,风速越高,这种低估的程度越夸张.
这意味着忽略沙粒碰撞的模型对大多数风暴来说仍然是准确的,除了那些极端的风暴.
他还表示,该团队使用的数值模型有其局限性.
"虽然这确实是一篇很出色的论文,并且兼顾了所有的物理因素,不过它还是需要通过实验来证明.
"Kok称,这样的实验充满挑战,因为在一个风洞重塑沙尘暴或者实地测量风沙速度时,阻止沙粒碰撞是很困难的.
另外,该发现扩大了模型和实际研究之间的鸿沟.
"通常我们在模型中会得到比实地测量更高的流量结果,而这项发现使该问题更为严重.
"如果沙粒撞击作用真如该研究所表现的那样重要,物理学家将不得不寻找其他方法来弥补真实沙尘暴和数字模拟之间的差距.
(张冬冬)解构沙尘暴中的物理学沙粒碰撞成为一个被忽略的关键因素拥有奇异光学特质的工程学结构已经走出实验室,开始进入市场.
"如果物理学家TomDriscoll没有再次听到"哈利·波特的隐身衣"这样的形容,他将十分开心.
但他知道这无法避免.
舆论界在报道超材料的最新进展时,并没有抵制使用这个词.
这些新材料是能弯曲、分散、传输,或以某些方式塑造电磁辐射的一系列极小"元素".
的确,超材料大体上能围绕物体传送光,并使得它们不可见.
还有一些超材料研究人员正试着制作一件真正的隐身衣,尤其是因为军队急切地资助研发此类功能材料.
不过,这样的应用得以实现,还将需要数十年的时间.
技术的商业转化对Driscoll来说更有吸引力.
Driscoll在美国一个专利聚合公司———高智发明公司中负责监管超材料商业化.
他表示,成本更低的通讯卫星、更薄的智能手机和超快光学数据处理等应用是"超材料准备大显身手的领域".
研究人员仍面临一些严峻的挑战,他补充道,尤其是寻找能在纳米尺度上制造和操纵超材料元素的便宜方法.
但是首个超材料产品预计能在1年左右上市销售.
Driscoll希望,在那之后不久,普通消费者也能够开始享受这种福利,例如在飞机上享受到更快更便宜的网络连接等.
首个超材料的实验室演示由美国加州大学圣迭戈分校物理学家DavidSmith及其同事于2000年公布.
在上世纪90年代英国帝国理工学院的JohnPendry完成理论研究后,这些研究人员表示,一排微小铜线和金属环对微波有负的折射率.
超材料引发人们极大兴趣的一部分原因就是这种弯曲辐射的能力,即制造隐身衣的潜能.
从那以来,Smith等人探索了对超材料的各种想法.
他们还超越了静态阵列,设计了技术改变元素排列的方式.
结果产生的材料能从不透明变为透明,或者从红色变为蓝色.
市场动态今年1月,现就职于北卡罗来纳州杜克大学的Smith开始兼任高智发明公司超材料商业化主管.
"我认为,当时恰合时宜,并且对于其中一些东西,我们不需要作更多的科学研究.
"他说.
一个相关测试案例可能在明年就可开始.
高智发明公司在华盛顿雷德蒙的分公司希望上市一种紧凑型天线,这将是第一款消费者导向的超材料产品.
这个相对便宜的设备将能为飞机、火车、船舶、汽车以及其他远离移动网络的平台提供宽频的卫星通讯.
在天线的中心———细节仍是机密———是一个扁平的线路板,包含数千个电子超材料元件,通过装置内部软件的控制,每个元件的性能可以瞬间改变.
这允许天线追踪穿过整个天空的卫星,而不用维持特定的朝向.
软件能不断地调整每个超材料元件的电学特性,而天线仍然保持静止.
Smith表示,该技术比碗型天线等替代性选择更加紧密.
"它节省了成本、重量和能耗.
"该公司已经为投资者和潜在开发伙伴示范了相关技术.
但是,Smith提醒,该公司尚未对新天线进行定价,在严格维持新天线性能标准的同时,还需要降低成本.
关于新天线的一些细节,研究人员则表示很难予以评估.
但Smith高度重视这一领域.
一旦该公司将这一产品投放市场,它可能首先为私人飞机和客机提供天线.
如果买主反响良好,该公司希望将该技术合并入其他生产线.
聚焦平面尽管存在不少困难,但光学超材料的可行设计开始出现.
3月,英国南安普顿大学物理学家NikolayZheludev领衔的研究小组发表了自己的研究,Zheludev还在新加坡南洋理工大学指导一个聚焦超材料的研究中心.
该研究小组的设计能够通过纳米级手段,极大改变其传送或反射光波长的能力.
将来它有望成为高速纤维光学通信网络的开关.
同时,因为制作以及在光学尺度上控制三维超材料阵列十分困难,一些研究人员将目光投向了二维的"超表面".
2012年8月,美国哈佛大学的FedericoCapasso及其同事设计出一种平的超材料镜头,它能将红外光聚焦到一个点上,几乎与玻璃镜头一样.
"我不想说这是绝对新颖的.
"Capasso说,"但我相信我们是第一个如此明确地将平面光学器件植入商业应用的团队.
"一个传统镜头依赖折射使光变弯曲,从而聚焦到一个点上.
Capasso的镜头使光通过一个金的超材料二维阵列,这些超材料是使用光刻技术电子束从一个60纳米厚的硅片上蚀刻出来的.
金元件被固定,因此装配后也不能调整.
但是,在制造过程中,通过选定特殊的形状和间隔,物理学家能将选定波长的光以精确的正确方式到达一个焦点.
Capasso警告称,这种平面镜头的商业化历程或许仍需要10多年.
部分原因是由于硅是一种坚硬易碎的基质,研究人员考虑使用更强健灵活的替代品,使其可以更容易在生产线上操作.
他们也在寻找更好的方式,控制纳米元件的蚀刻,这些工作需要非常精确.
但是,Capasso表示,一旦相关技术被掌握,一个显著的应用是在智能手机内置相机中.
当然,这种平面镜头仍然会受到光衍射的限制.
不过超材料提供了一种制造"超级透镜"的方式,或能超越这些限制.
早在2005年,加州大学伯克利分校物理学家XiangZhang及其同事就演示了一个早期的超级透镜概念.
该研究小组制造了一种简单的超材料,包含35纳米厚的银层,位于铬和塑料纳米级夹层中间.
可逆焦点通过将传统光学与基于超材料的超级透镜等相匹配,Zhang希望能最终实现远远超出显微镜学领域的应用.
正如那些能够放大次波长细节的构建一样,它们也可以逆向运行,引导光束进入次波长焦点———该性能可能会对使用光刻技术制造极小结构有革命性的重要作用.
如果超级透镜能被利用,超细光束将能被用于蚀刻现在还无法达到的更小结构.
这将极大增加光驱的数据储存密度.
Smith对此十分谨慎,他指出,与其他目前开发的相关先进技术相比,超级透镜趋向驱散更多光能.
他说,这使得它们是"引人注目的科学,但尚未被应用于任何产品中".
不过,他补充道,Zhang的努力是"英雄般的试验,从根本上证明了超材料的潜力".
Zhang也承认超级透镜等尚未准备就绪,但是他相信,在未来几年里,正在进行的研究有足够的空间改变这一现状.
他说:"经济影响可能十分巨大,我对超材料、超级透镜和光刻技术革命,保持谨慎的乐观.
"(张章)全球科技政策新闻与解析科学线人政事人事8月20日,一项由欧盟委员会资助的研究发表结论称,使公众具有自由获取同行评议论文的努力已经到达了一个里程碑:近一两年内出版的论文有一半是向公众免费提供的.
该研究的首席作者、Scienece-Metrix公司董事长EricArchambault认为,这意味着所谓的开放获取出版模式已经走到一个临界点,并即将加速.
"目前看来,事情可能会进展得更快.
"这些发现意味着开放获取已成定势:8月22日,美国科学研究机构将向白宫提交计划草案,描述他们将如何使公众免费获取政府资助的研究论文(通常为12个月内的出版物).
欧盟委员会很快将要求其资助的大部分论文在出版的6个月内向公众免费提供.
欧盟"研究、创新和科学"委员会专员MáireGeoghegan-Quinn说:"这些新发现强调了开放获取已是大势所趋.
"开放获取开始于十多年前,当时一些科学家开始推广论文全文免费.
通过向作者索取费用,一些发表在期刊的论文在一经出版后就可免费获取.
一些其他发表在传统订阅类杂志上的论文,通常要经历6~12个月的禁止期才能在作者的网站上或者通过机构和政府档案免费获取.
和其他分析师一样,Archambault将出版后立即能免费获取的论文称为开放获取的"黄金"版本,那些先存入档案、经历了一些延迟的论文被称为"绿色"版本,其他形式的论文被认为是"混合"版本.
Archambault和同事随机从斯高帕斯公司(编者注:当今世界最大的文摘和引文数据库)选取了32万份发表于2004年至2011年间的论文.
通过检索,Science-Metrix公司得出结论:在2011年出版的论文目前有50%能够免费获取.
哈佛大学学术交流办公室主任PeterSuber说,Archambault的分析很受欢迎,它表明开放获取已经成为主流.
(段歆涔)开放获取已成大势所趋越来越多的论文可以在免费阅读期刊、在线档案以及混合版本的期刊中获得.
图片来源:E.
Archambaultet.
al.
从官方来看,美国国家科学基金会(NSF)一年1000万美元的政治科学项目仍然是开放的.
但实际上,NSF已决定今年不再资助任何政治科学研究.
这反映出一种僵局:NSF渴望维护其备受推崇的同行评审体系,而又需要遵守限制NSF资助政治科学领域研究的一个政府拨款法案.
这一困境由参议院于3月20日通过的2013年支出法案的修正案引起,它允许NSF资助政治科学研究,但该项目必须是对国家安全或经济利益至关重要的.
引入该修正案的参议员TomCoburn称,其目的是"限制对低优先级政治科学项目的资助".
最初,NSF的官员称,他们会把Coburn的新评价标准加入到NSF现有的判断指标中,但他们似乎已经放弃这一想法,并寻找另一种方式.
同时,他们已经暂停对被外界审评专家组高度评价的一系列项目计划的进一步讨论.
"去年1月提交的项目申请至今仍在考虑中.
"NSF项目负责人BrianHumes表示,"常规的专家组会议是在5月,而他们考虑的是正常的NSF标准、学术价值和更广泛的影响.
"NSF曾计划召集另外的专家组以使用Coburn的标准,并将两个专家组的意见融合得出最终的资助决定.
但是由NSF研究理事会负责人MyronGutmann提出的该计划似乎已被取消.
目前尚不清楚其取代方案是什么.
被该法案影响的其中一个项目是杜克大学拉尔夫·邦区夏季研究所试图使少数民族学生投身政治科学的项目.
杜克大徐研究生院院长、政治科学教授PaulaMcClain表示:"我希望NSF的2014年预算不会惹到Coburn,或者说参议员们可以意识到之前造成的损害,并修改法案中的语言.
"(苗妮)美参议员修正法案限制NSF资助政治科学给我哈利·波特的隐身衣———探秘超材料的奇异世界一个新模型预测,一场沙尘暴不断增加的强度取决于沙粒之间的碰撞.
图片来源:AliciaM.
Garcia从金和硅中蚀刻出来的元件使得超材料结构可以迅速改变其传播和反射光的能力.
图片来源:《自然》TomCoburn图片来源:ZUMAPRESS.
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