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漫画 | 假如给你一个超能力?你想要什么?

标题头

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一天早上,山小魈来到 Sheldon 的实验室,发现 Sheldon 变成了一条长长的鱼的样子。

保命的超能力 (1)

在弱肉强食的自然界,为了活命,许多动物都发展出了神奇的“超能力”。例如,在亚马逊流域的河流中,生活着一种会发电的鱼,叫作电鳗

保命的超能力 (2)

电鳗为什么会发电?

原来,电鳗的肌肉组织构成了一个一个小型的放电体。它全身的放电体加起来,可以产生 600 伏的电压,别说小鱼小虾了,就连马和牛都能被它电得昏过去。

保命的超能力 (3)

忽然,山小魈趁着 Sheldon 不注意,抢走手套,拔腿就跑!

保命的超能力 (4)

不一会儿,山小魈发现了一条鳗鱼,并且迫不及待去摸它!

保命的超能力 (5)

保命的超能力 (6)

说时迟,那时快,山小魈放完大招,一瞬间喷出许多粘液,落在自己身上。

保命的超能力 (7)

原来, 盲鳗是一种古老的海洋脊索动物。它身上的腺体能分泌大量粘液,这些粘液和水混合后,能形成 20 升粘乎乎的“透明胶”,帮助它逃命。

遇到危险时,它就会迅速分泌一大团粘液,然后将身体打一个结,倒退着从“结”中逃走。利用这种巧妙的方式,它就可以让粘液粘住天敌,而不会粘住自己。

保命的超能力 (8)

山小魈恼羞成怒,气冲冲地往前走。

保命的超能力 (9)

走着走着,山小魈看见了一条蛇,于是他不顾一切的冲了上去,并大叫了一声:

保命的超能力 (10)

突然,山小魈蜷缩在地,肚皮朝上,嘴巴张得大大的,舌头耷拉在外面。原来山小魈把猪鼻蛇认成眼镜蛇了。

猪鼻蛇长得跟眼镜蛇确实有点像。但眼镜蛇的超能力是分泌毒液攻击对方,而猪鼻蛇独特的超能力是装死。

保命的超能力 (11)

装死,是动物界一种重要的保命技能。对于祖传了奥斯卡演技的猪鼻蛇来说,通过装死来保命,实在太拿手了。

保命的超能力 (12)

连续两次获取动物超能力失败,并没有让山小魈泄气。相反地,山小魈变得有点愤怒了。

保命的超能力 (13)

过了一会,山小魈变成浑身长满鳞片的动物了。山小魈不管三七二十一,只想快速报复 Sheldon。

保命的超能力 (14)

保命的超能力 (15)

只见,山小魈眼睛喷出了红色的血液,并且散发出难闻的气味。原来,山小魈把角蜥当作蜥蜴了。别看角蜥浑身长满了鳞片,当它需要保命的时候,这些鳞片的作用远远不如它的另外一项能力:喷血。

在角蜥眼睛附近,有一个小袋子,叫作眼窦。当角蜥遇上郊狼、山猫等天敌时,它就会收缩眼部的肌肉,让眼窦充血。当血液的压力达到一定程度时,血液就会把眼窦膜挤破,猛烈地向外喷出,最远能喷出 1 米多。而且血液中还有难闻的化学物质,郊狼被喷上几次以后,角蜥的小命通常就能保住了。

保命的超能力 (16)

浑身臭哄哄的山小魈,擦了擦眼角的血,感觉丢脸丢到家了。拿着神奇手套,索性豁出去了,看到外形凶猛的动物,无论大小,凑过去就是一阵狂摸。

保命的超能力 (17)

这次,山小魈放出的大招居然是断了自己的屁股。原来,像壁虎一样,南美洲有一种蝎子也会断尾求生。可是,蝎子的“尾巴”断掉以后就再也长不出来了。“尾巴”上的肛门同样也长不出来了。

所以,这其实是一种断肛求生。

保命的超能力 (18)

一次次想拥有超能力,却迎来一次次的失败。于是,山小魈彻底爆发了!

保命的超能力 (19)

山小魈找到一只外形凶猛的蚂蚁,摇身一变,变成一只巨大的蚂蚁怪兽。

保命的超能力 (20)

这时,失去理智的山小魈啥也听不进去,它飞速冲向 Sheldon ,幻想着自己释放出蚁人的超能力。

保命的超能力 (21)

把保命的超能力发挥到极致以后,马来西亚桑氏平头蚁连命都不要了。它们的身体像一个装满腐蚀性物质的毒液罐。有坏人入侵的时候,它们就会像捏水球一样,用腹肌把自己的肚子挤爆,把有腐蚀性的毒液炸得到处都是。

保命的超能力 (22)

虽然自爆会牺牲自己,但这同时也保证了领地的安全。这是社会性动物才有的牺牲行为。

保命的超能力 (23)

 

 

 

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保命的超能力 (24)

二维码

作者:Sheldon、牛猫

绘制:Mirror、周源

美指:牛猫

排版:胡豆

本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用,自媒体、报刊等转载请联系Sheldon授权

哈佛大学说吃辣有助长寿,医生说忌食辛辣,要不要让他们打一架?

美食纪录片《风味人间》有一集专门拍摄世界各地的食物香料,辣椒是浓墨重彩的一段。虽然辣椒传入中国的历史并不长,现在却已成为了中餐中最具代表性的风味之一。

图片来自pixabay

图片来自pixabay

辣椒给人带来的特有风味是痛,一种“令人愉悦的痛”。这种痛,对于健康是好是坏呢?

世上的辣椒有千百种,辣度相差大

谈到辣椒,人们的第一个问题无疑是:有多辣?。要谈“有多辣”,自然需要一个标准。辣的标准又是如何定义的呢?

辣是辣椒素与人体中的辣椒素受体结合而产生的“痛觉”。有多辣,自然也就取决于有多少辣椒素。现代分析设备可以精确地测出辣椒素的含量,也就可以用它来比较辣椒的“辣度”。不过,辣椒素的含量数值虽然精确,但并不直观。而在在一百年前,人们也没有办法测出辣椒素的含量。辣椒有多辣,也就只能把人作为“仪器”去测量。

1912年,药师史高维尔设计了一种分析方式。他把辣椒用糖水进行稀释,然后让人们来尝。一直稀释到人们尝不出辣味,然后把这个稀释倍数定义为“辣度”。这个辣度称为史高维尔单位,简称为SHU。

世界上有各种各样的辣椒,辣椒素含量相差巨大。像川菜、火锅等等大家日常吃的“辣”,辣度大致在1000SHU上下。而让普通人感到“非常辣”的朝天椒,辣度能达到5万到10万SHU。《风味人间》中拍摄的“涮涮辣”,辣度大致在60万SHU,所以只是用来在汤里涮一涮,也就相当的辣了。目前世界上培育出的辣椒之王,辣度超过了200万SHU。

不辣的辣椒,是很好的蔬菜

辣椒的魅力在于辣,太辣的辣椒只能作为“调料”,营养成分也就无关紧要。不过并不是所有的“辣椒”都辣,比如柿子椒几乎不含有辣椒素,就可以作为“蔬菜”来吃。

实际上辣椒是很好的蔬菜。100克柿子椒的热量只有20千卡左右,相当于一天总热量的1%,而其中的维生素C几乎可以满足成年人一天的需求。此外还有很多营养成分也相当可观,比如膳食纤维、B族维生素以及铁、镁、钾等矿物质。实际上,这些营养成分在辣的辣椒中含量更高,只是吃不了太多,也就不那么重要了。

辣椒对健康是好是坏?

当年有位红遍全国的“养生大师”,宣称“肺癌是辣椒吃出来的”。后来随着大师被揭批而销声匿迹,“把吃出来的病吃回去”也就成了一个笑话。不过,经常有医生和营养专家建议“少吃辛辣食物”,许多人也就会纠结:吃辣,是不是不利于健康呢?

辣椒与癌症的关系有过一些研究。用不同的研究方法,不同的研究对象,结果是一地鸡毛,有的说好,有的说不好,而且都只是“初步研究”,不足以得出什么结论。

对于食物,我们更关心它对整体健康的影响。2015年哈佛大学发表了一项研究,跟踪了近50万中老年人数年之久,然后分析他们的饮食与死亡率的关系。在排除了其他已知的影响因素之后,他们发现:那些几乎每天都吃辣的人,比每周吃辣不超过一次的人,死亡几率低了14%;经常吃辣的人群中,死于癌症、心脏病和呼吸道疾病的比例要低一些。这是一项流行病学调查研究,证据等级不算高。从这项研究来说,可以认为:经常吃辣不会危害健康,而且很可能有益。

吃辣会长痘吗?

人们经常说“吃辛辣油腻的食物会长青春痘”。其实,这里有很多误区。

痘的产生于皮肤毛囊被阻塞。阻塞的直接原因一般是皮脂腺的分泌物以及脱落的细胞、死去的细菌等等。从目前的科学认识来看,“皮脂腺分泌物阻塞毛囊”源于体内激素水平变化、某些药物,以及情绪压力。

有些饮食对长痘有一定影响,文献中列出来的主要是奶制品、糖果以及巧克力等等,而“油腻”“辛辣”的食物影响并不大。不过,吃辣的食物之后容易出汗,长了痘的人会感觉更不舒服——如果再去挠,那么就可能加剧长痘。

吃辣过度,愉悦就变成了痛

从生理上说,辣是一种痛觉。通常我们都不愿意承受“痛”,但是辣产生的痛却受到许多人的喜欢。这个悖论的科学解释是:辣椒素受体也是感知高温和痛觉的受体;辣椒素与受体结合之后,激发受体产生神经信号传递到大脑,大脑并不区分是哪种因素产生的信号,都会激发神经元分泌内啡肽;当痛觉过去,内啡肽产生的愉悦就占了主导。

不过,不同的人对于“痛”有不同的承受阈值。如果超过了自己的承受阈值,那么内啡肽带来的愉悦就不足以抵消痛觉,我们也就不会感到舒服了。承受阈值高的人,我们说是“能吃辣”,而承受阈值低的人,就是“不能吃辣”。实际上,“不能吃辣”的人也能够体验到吃辣的愉悦,只不过需要的辣度比“能吃辣”的人低而已。

本文来自云无心的微信个人公众号,系今日头条签约稿件,未经许可不得进行商业转载

地球最古老岩石的奇幻月球之旅

本文来自果壳网,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

科学家找到了最古老的地球岩石,年龄超过40亿年。然而,说起来有些曲折,这块岩石是在月球上保存下来的,直到大约50年前才被阿波罗14号重新带回到地球上来。

从月球上带回来的岩石,科学家如何认定它形成于地球?当初这块岩石又是怎么跑到月球上去的?

这个故事,可就说来话长了。

说出来你可能不信,阿波罗14号宇航员从月球上带回了最古老的地球岩石。图片来源:NASA

说出来你可能不信,阿波罗14号宇航员从月球上带回了最古老的地球岩石。图片来源:NASA

地球46亿岁了,和太阳系各大行星几乎一样古老。46亿年来,地球一刻不停地塑造着自己的环境,日日新又日新。在这个充满活力的星球表面,还寄宿着一群同样活泼的栖居者——生命。亿万年来,生命由简单一步步走向复杂,并在复杂中一步步孕育出智慧。这是一个向前看的故事。我们叫它演化。

但处在演化进行时的智慧生命——人类,却把头扭转180度,往回看了起来:他们想弄明白地球的历史脉络,想得到地球历史原点的记忆。但很快,他们遇到了难题,这套支撑了生命不息演化的环境,对历史档案的保存却是灾难性的。在时间的长河里涉足愈深,能够解读的档案就愈发语焉不详。至于地球出生时的细节,已经几乎被它自己糟蹋完了。

活泼环境的代价

说穿了,昨日早已不在,想要挖掘旧日环境特征,只能寻找在当时环境中对应形成的坚固记录——也就是岩石。但在始终保持着活跃的地球上,永不停歇的风化作用让旧日环境破碎磨灭,持续不竭的构造作用则让旧日环境翻覆循环。在这些过程中,封存着远古记忆的岩石史料,不是被地表的风雨磨成毫无意义的尘埃,就是被板块的碰撞送入炼狱般的地幔,彻底融化,成为孕育新生岩浆的素材。

想在这样的艰难背景下一路保存至今,不仅仅需要物态上的稳定,大概也需要一丝丝的幸运。

迄今为止,地球上发现最古老岩石是Acasta片麻岩,年龄接近40亿年。那46亿-40亿年前冥古宙的这段时间呢?对不起,史料空白。

只有在地质运动极其稳定的区域内,并且自身的物理化学性质也得极其坚韧——比如杰克山的那颗锆石,才能有幸闯过冥古宙的一路蹂躏,勉强保存下来。但即便这样的稀世遗宝,也不过就是一颗能报出44亿年“读数”的硅酸锆晶体罢了。晶体只是成分固定的化合物,而岩石却是在环境的综合控制下,由繁多的化合物组装而成的精细结构。晶体记录的信息量,根本无法与岩石同日而语。于是,除了记录下年龄成为地球最古老结晶以外,人们也就不在那颗锆石身上追问别的所以然了。

杰克山的锆石晶体,是迄今发现的最古老地球物质,形成了大约44亿年前。但除了年龄以外,它无法提供更多关于当年环境的线索。图片来源:John Valley, University of Wisconsin

杰克山的锆石晶体,是迄今发现的最古老地球物质,形成了大约44亿年前。但除了年龄以外,它无法提供更多关于当年环境的线索。图片来源:John Valley, University of Wisconsin

除了把目光投向时间的起点外,人们还在拓展空间的边缘。我们的天然卫星——月球,自然成为接纳人类雄心的第一站。接下来就是一幕幕熟悉的故事:露娜的来访、阿波罗的登陆、嫦娥的飞腾。跨越两个世纪的不竭探索,将一次次迈向未知领域的壮举刻在科技史的长卷上,但值得记入史书的奇迹,并不只有太空步和月球车,还有那些被带回地球的珍贵月岩样品。

在科学家手里,那是另一扇足以叩响新世界的大门。

月岩第14321号样品,由1971年登月的阿波罗14号宇航员采自弗拉·毛罗环形山(Fra Mauro crater),是雨海陨击事件中迸溅到月球表面的月岩碎片。几十年后的今日,想挖掘月球历史新篇章的人们,仍旧不减当年热情地关注着他们。毕竟,它们是目前人们想接触月球物质最方便的途径了。(比起把人重新发射上去再搬一块回来,在NASA那儿申请切一小块回来研究的难度,显然小太多了。)

近日,当人们从这块珍贵的样品上切下新的一小块研究时,却发现“打开的方式”有点不太对:怎么感觉这块不是月岩,而是一块地球上常见的普通石头呢?

阿波罗宇航员显然不可能大老远飞到月球上去搞恶作剧。那么,为啥一块地球石头会封存在月岩内呢?而且这还不是最扑朔迷离的地方。更令人匪夷所思的是,由于雨海陨击事件本身发生于距今40亿年前,不难推想,在雨海事件中被砸出来的这些月陆残片,形成的时间必然要比40亿年前更早。这相当于承认:这块地球石头,在月球上被静放了40多亿年!

等等,40多亿年前的地球岩石?这不正是回溯地球历史的人们苦苦追寻的“圣杯”么?地球自身失落的记忆,居然出现在月球上?!

白色圈圈代表阿波罗系列诸任务的着陆位置;蓝色区域内的月海便是雨海。图片来源:维基百科;本文作者在此基础上添加了雨海的范围

白色圈圈代表阿波罗系列诸任务的着陆位置;蓝色区域内的月海便是雨海。图片来源:维基百科;本文作者在此基础上添加了雨海的范围

不是月岩的“月岩样品”

月岩第14231号样品是一块砾岩,由许多更小的独立岩屑相互粘合而成。它有着一个有趣的昵称:大伯莎。科学家开始注意到它的不对劲儿,是因为发现它的其中一块岩屑的成分压根无法在月球环境下形成。

是的,岩石这种东西,也是要分产地的。

月岩的种类可简单了。以成分来看,你能在月面上找到的“土著”岩石,不外乎只有两大类:斜长岩和玄武岩(如果不算从外头飞进来的陨石)。斜长岩是构成月陆的主要成分,几乎清一色由钙长石这种单一矿物成分所组成。当月球最初还是一片岩浆海的时候,钙长石逐渐从岩浆里结晶析出,它们比重较小,全部漂浮到岩浆海的表面,相互连接,最终凝成月陆。而在随后的岁月里,剩下的岩浆也找到了机会涌出月表,充填了月面上的低洼盆地。这些岩浆一经凝固,就形成了所谓的玄武岩。由于富含镁铁,这些玄武岩颜色较暗,构成了我们今日清晰可辨的月面暗斑——月海。

而这次在“大伯莎”上切下的新碎屑,属于上述哪一类呢?都不属于。

它是一块长英质岩,由石英(SiO2)和钾长石(KAl3SiO8)组成。石英的析出,标志着岩浆中二氧化硅达到饱和,这一条件在月球的原始岩浆中是远远达不到的。而钾也是一种和原始岩浆相性很差的元素,只有岩浆中的镁铁质晶体析出得差不多了,它才会“极不情愿”地从岩浆中结晶而出。这样的条件,月球上的岩浆也是达不到的。

那么,哪里的岩浆能满足这两种成分结晶析出的条件呢?地球。事实上,以这两种标志性物质为特征的长英质岩类,在科学家眼中几乎是“地球岩石圈土特产”的代名词。此外,科学家还进一步测定了该岩石内部的微量元素特征(它们与生成环境的对应关系更精确),发现这块碎屑形成于氧含量较高而温度相对较低的环境。在科学家眼里,这照样不是月球能够提供的环境条件。40亿年前,能完美满足上述环境的地方只有一个,仍然是地球。

那么,为啥一块地球岩石会出现在月球上?而且,早在40多亿年前就飞了上去呢?

 月岩14321号样品“大伯莎”(Big Bertha)的野外原位照片,阿波罗14号宇航员阿兰‧谢泼德(Alan Shepherd)1971年摄于月球。图片来源:NASA。

月岩14321号样品“大伯莎”(Big Bertha)的野外原位照片,阿波罗14号宇航员阿兰‧谢泼德(Alan Shepherd)1971年摄于月球。图片来源:NASA。

亿万年前的“登月工程”

科学家回答这个问题的出发点,是一个放在本文里似乎没多大关联的事实:月亮正在逐渐远离我们。

阿波罗宇航员登月时可不光踩了些脚印、搬回些石头,他们还在月面上摆了几面镜子。从地球朝这些镜子发射激光,通过测量激光反射回地球所用的时间,人们就能计算出地月距离。几十年来的测量显示,激光返回地球的时间逐年都在变长。这意味着,月球每年离我们都更远了。

N年之后它会飞到哪儿?别管这个。我们先回过头想想:在过去,月球是否离我们更近呢?是的。天文学家经过推算发现,反推回40亿年前的话,月地距离只有今日的1/3不到!

今日的地月距离和39亿年前的地月距离对比。如果站在当时的地表看月亮,会发现它比今天的月亮大差不多3倍。图片来源:David Kring, 月球与行星研究所/月球科学勘测中心

今日的地月距离和39亿年前的地月距离对比。如果站在当时的地表看月亮,会发现它比今天的月亮大差不多3倍。图片来源:David Kring, 月球与行星研究所/月球科学勘测中心

这个距离,对登月工程来说方便太多啦。只不过,彼时登月的不是人类,而是地球上的岩石。

40亿年前,冥古宙,太阳系刚走出一片混沌的原行星盘时代,尽管大大小小的星球都已经逐步形成,但行星之间轨道的调整还是让太阳系成为一片充满危险的地方:轨道相交了怎么办?撞。轨道没相交但邻居挪跑了怎么办?也得跟着调整,然后轨道改变,继续撞。当时,密密麻麻的小陨石撞向原行星如同家常便饭;而原行星和原行星相撞也照样泛滥。在这样的环境下,说不定哪颗“愣头青”某天就一股脑朝着地球撞过去了。撞击过程的能量太大,砸碎了地壳,迸飞了无数地球岩石的碎块。许多碎块飞着飞着,就再也没落下。

没错,达到第一宇宙速度,飞向星辰大海了。

其中一些“发射成功”的小石块,在突破地球轨道之外,很快就遇到了近距离守在地球上空的大月亮。月亮说,还是别星辰大海了,都过来陪我吧。就这样,这些来自地球的小石块完成了“登月着陆”,和月球地壳融为了一体。

但在当时那个环境下,月球同样不是一片宁静祥和的乐园。距今40亿年前左右,冥古宙后期重轰炸如期而至。无数小行星再一次把月球表面砸了一遍。当那颗直径差不多200公里的小行星砸出后来的月海盆地之时,不用想,自然又是无数小碎块漫天飞。其中就包括我们的“大伯莎”。而且此时,它“怀中”还紧紧抱着上次地球挨砸时迸飞过来的那块地球碎屑。只不过,“大伯莎”并没能脱离月球引力的束缚而一去不复返。在月球上空划过抛物线之后,它终归还是落在了雨海盆地南侧的弗拉·毛罗地区。

当时的它还不知道,这颗星球短暂而活跃的历史已经走向尾声。由于体积太小,月球的引力天然就无法在表面维持一个浓厚的大气层,进而驱动气候令岩石圈迎风沐雨;由于内能太少,月球的热量天然就无法在内部维持一个对流的地幔,进而驱动板块构造,令岩石圈挪移更替。月球的活跃只是一个表象,是冥古宙后期活跃陨击期一个被动的注脚而已。一旦陨击期结束,月球和活跃彻底道别的日子就不远了。

这一切对于月球表面的岩石来说,却是个值得庆幸的历史分水岭,因为它们幸存了下来。

月岩14321号样品中包含的地球岩石碎片。图片来源:月球与行星研究所

月岩14321号样品中包含的地球岩石碎片。图片来源:月球与行星研究所

遥看隔壁地球,岩石圈跃跃涌动,生物圈演化不息,一切都是不安分的,一切都是短暂的。新世界的地基贯穿旧世界的碎片,新世界再度成为旧世界,把明日让给来者。地球永远在变,月亮永远静观。地月连线的距离,一侧翻天覆地,一侧沉默无言;荏苒时光中,这一等就是40亿年。

直至月尘再次扬起,似乎又有地球物质飞了过来?只不过,这次不是残暴的撞击,而是人类好奇的脚步。他们搬起静待了亿万年岁月的岩石,进入太空舱,跨越重重的黑暗,又回到属于他们的世界。

人类当然会为这一新发现而感到兴奋,他们可以问心无愧地宣告:我们终于取回属于地球自己的历史。(虽说是从月球上绕了一大圈吧……)

那么岩石呢?倘若铮铮磐石有心,穿越40亿年光阴和38万公里旅途的它,大概也会为有一天居然能重返家园而感触些什么吧。毕竟,每一位归乡的旅人,多少都怀揣着一些相同的默契。

家,美丽的家。欧空局宇航员提姆·皮克(Tim Peake)摄于国际空间站。图片来源:ESA

家,美丽的家。欧空局宇航员提姆·皮克(Tim Peake)摄于国际空间站。图片来源:ESA

“地球,我回来了。”(编辑:Steed)

如何从透明中变出五彩斑斓?你只需要一杯热水,再加上这样道具……

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,首发于果壳的微信公众号,未经许可不得进行商业转载

当潮湿温暖的空气遇到凉凉的眼镜片、镜子或者其他类似的表面,冷凝的小水滴总是会在上面蒙上一层“薄雾”。这层雾看起来是什么颜色?

你可能会说,当然是白色啦!毕竟它都是由无色透明的小水珠组成的嘛。

但是,事情没有这么简单。在特定的情况下,原本无色的小水珠其实能形成一层五彩斑斓的雾!

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(这个真的是水。原视频来源:参考文献1)

而且这还不是最厉害的。真正最厉害的是——这层五彩斑斓的水雾发在了《自然》上,而且还登上了2月28日的期刊封面:

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(封面图片:Sara Nagelberg)

彩色的水雾到底是怎么回事?下面我就来详细讲讲。

如何拥有同款彩色水雾?

想要观察到和Nature封面研究同款的彩色水雾,首先需要准备一个聚苯乙烯材质的透明塑料培养皿。只要有了这样道具,剩下的事情其实都很简单:只要在培养皿里倒上一些热水,盖上盖子,并用一束白光把它照亮即可。下面是我自己测试的结果。实验中用的是准直LED光源,我这里没有专门的光源,只是靠房间顶上的日光灯。虽然效果没有那么好,但色彩确实看得很清楚了:

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(毫无PS的作者手抖自摄……动图经过加速,实际时间十秒左右)

从实际观察来看,从盖上盖子起水雾色彩的分布一直都在变化,这些色彩肉眼明显可见的时间并不会维持很久。而如果在显微镜下观察这些彩色水雾,会发现这些微米级的小水滴边缘都有一个明亮的“彩色光圈”。不同大小的液滴“光圈”颜色各不相同。

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(在显微镜下看,每个小水滴的边缘都顶着一个彩色的光圈。我知道这个图很像画的,但确实不是_(:з」∠)_图片来自原论文,大图的下方的比例尺是200μm,小图的比例尺是1cm。)

彩色从哪儿来?

首先需要说明:这不是一道迷你版的彩虹,也不是一个个超小号肥皂泡。水雾上的色彩形成原因和颜色的分布规律都与这两种常见现象不同。

研究者发现,彩色水雾其实是两种光学现象共同作用的结果:一个是全反射,一个是干涉。

当光线从折射率大介质入射,并且角度超过一个临界值时就会发生全反射。

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(动图来源:QuantumBoffin)

而当光线从上方入射时,它就很容易沿着培养皿下壁的液滴边缘发生全反射(如下图)。光线可能会从不同的路径发生全反射,这些路径的长度不同,因此光线最终出射时就产生了相位差。具有相位差的光线彼此发生干涉,就能让白光变成不同的色彩。

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(全反射与干涉的共同作用让微米级小液滴产生色彩。截图来源:MIT)

这个效应取决于液滴的折射率,同时也非常依赖液滴的大小和形状。一定要选择塑料而不是玻璃的培养皿就是为了让挂壁的水滴形成合适的形状。

为啥要研究这个?

这种小液滴的虹彩现象最初是艾米·古德林(Amy Goodling)和劳伦·扎扎尔(Lauren Zarzar)两个人发现的。当时他们在研究一些培养皿上的透明小液滴(不过并不是水),研究中突然发现液滴看起来格外地蓝,这激起了他们的研究兴趣。

除了满足好奇心,这项研究也为人们提供了一种制造结构色的新思路。虽然培养皿盖子上的小液滴没法保持稳定,但把液滴换成聚合物小颗粒也可以实现同样的效果。而且研究者们也为这种现象建立了模型,可以预测不同条件下的颜色规律。

然而,这种虹彩现象的效果非常取决于光源和观察角度,这一点会限制它的应用前景。

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(转一转角度,液滴的虹彩看起来就完全不一样了。这里展示的并不是水滴,不过原理类似。原视频来自参考文献1)

不过,能在家里拥有一个Nature封面同款我还是非常开心的……

参考资料

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0946-4

http://news.mit.edu/2019/water-droplets-structural-color-0227

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被色诱的雄蜂,你没发现自己交了个假女友么?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

都说日历娘的萌点崎岖,emmm……我写这篇文章的心路历程也很崎岖。

蜂兰(Ophrys apifera),Hans Hillewaert摄于意大利西西里岛,图片:Hans Hillewaert / Wikimedia Commons

蜂兰(Ophrys apifera),Hans Hillewaert摄于意大利西西里岛,图片:Hans Hillewaert / Wikimedia Commons

大概这种哈哈大笑的小丑长相的确很喜人吧。然而,小丑背后的故事不会总是天真无邪的,蜂兰(Ophrys apifera)也不例外。如果你是十六岁以下或不能面对赤裸裸真相的小盆友,请看完第一张图后就此打住吧。

倾情服务,只为一锤子买卖

首先,蜂兰是一种兰花。这一群从白垩纪末就在地球上盛开的花朵,岁月经年,如今已个个堪称奇葩。它们的三枚花瓣中有一枚特化成“唇瓣”,千奇百态不单似嘴唇,比如这里哈哈大笑的小丑身体。其实这种为飞行的传粉昆虫提供降落平台和跑道标记的做法倒也不是兰科独门绝技,只是它们的平台款型略嫌丰富(极大的丰富)罢了。而兰科的独创是绝大部分成员都把雌雄生殖器官长在了一起成为“合蕊柱”。

蜂兰合蕊柱侧面,箭头所指的黄色部分是花粉块,另一个花粉块还在盔状的花药里没有掉出。图片:BerndH / Wikimedia Commons

蜂兰合蕊柱侧面,箭头所指的黄色部分是花粉块,另一个花粉块还在盔状的花药里没有掉出。图片:BerndH / Wikimedia Commons

如图,蜂兰合蕊柱上面的高耸头盔是雄性的花药,下面好像小丑的额头凹陷进去的空间是雌性的柱头,它们为传粉昆虫提供“一站式服务”,“收发快递”都在一起。花药里的花粉打包成有细长柄的花粉块,黄色的成熟花粉块被外力扰动会掉出,如上图箭头所指的那样。下方柱头上有粘盘,花粉块只要进入那里,一整块花粉里的足量精子都有机会与子房里的繁多胚珠结合。如此造化,让大多数兰花的传粉变成了要么颗粒无收、要么赢家通吃的一锤子买卖。为了做成这“买卖”,兰花们对虫子们有温情、有利诱,也有坑蒙拐骗、绑架勒索,可谓机关算尽。

雄蜂:我可能交了假女朋友

蜂兰属名Ophrys是希腊语“眉毛”的意思,因为唇瓣边缘毛茸茸的,故本属又常被称作“眉兰”,不过它们总是打蜂类的算盘,比如我们的主角,种加词apifera意即“有蜂的”。眉兰们多生活在地中海和西亚,阿尔卑斯山北边最远到过类似当年罗马帝国的疆域,然而它们在罗马共和国建国前很久就已经成精,称之为“妖孽”毫不为过。其妖法:色诱。

一只正在为蜂兰传粉的长角长须蜂Eucera longicornis。 图片:ekermeur.net

一只正在为蜂兰传粉的长角长须蜂Eucera longicornis。 图片:ekermeur.net

蜂兰的香气是复合的烃类物质,几种脂族、杜松烯和萜类的精准配方香型可以逼真地模仿雌蜂的性外激素,让“闻香识女人”的雄蜂神魂颠倒,蜂拥而至。而由唇瓣、侧瓣和合蕊柱模仿的雌蜂虽然在人类看来有点灵魂画风,但显然足以骗过心里火烧火燎的雄蜂。而唇瓣的“眉毛”其实是在模仿蜂类的体毛,这样可以让来访的蜂抓牢,诱导它们到正确的体位,并留下真实的触感。大卫·爱登堡爵爷曾一本正经地说:有时因为来的雄蜂太多,沉醉于性外激素的它们甚至等不及花儿上的空位,开始抱住另一只雄蜂不可言说……(请想象幼小的我看到这一段时打开新世界大门的惊叹!)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被褐花眉兰Ophrys fusca吸引的地蜂科物种Andrena sp.,请问,至少有多少只?图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被褐花眉兰Ophrys fusca吸引的地蜂科物种Andrena sp.,请问,至少有多少只?图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

当然,妖孽们在1862年就引起了达尔文老师傅的注意,他记载道: “蜂们如对付必须打倒的小恶魔一般,向那些花儿们发起攻击”,并对此行为的原因感到着迷,因为显然,蜂类不会从兰花那里得到任何奖励。后来,法国人波漾(Pouyanné,译成这两个字比较符合本文的气氛)提出了也许蜂兰长得像雌蜂是欺骗性拟态,如今我们把它叫做“拟交配”(Pseudocopulation)。最终,着急的雄蜂还是会意识到“我可能交了假女朋友”,遗恨之前的莽撞已经让它头上黏住了花粉块的长柄,怎么也取不下来,只能悻悻离去。

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被花粉块长柄黏住的雄蜂。图片:YouTube(UP:Gota Xemco)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,被花粉块长柄黏住的雄蜂。图片:YouTube(UP:Gota Xemco)

然而故事没有到此结束,带着花粉块的雄蜂还会飞向另一只“雌蜂”。研究发现,它不会再去找已经确认的“假女朋友”,并不是由于它真的长了记性,而是它把那朵花儿的香氛归为不受欢迎的雌蜂的外激素(比如不友好的或已经交配过的雌蜂)。

而妖术登峰造极的是昆虫眉兰Ophrys insectifera,它的花粉块有直立的柄,只有萎蔫下垂时才有可能自花授粉,因此一朵花在失去花粉后会在正巧接近花粉块柄萎蔫时主动下逐客令,变成不受欢迎的香氛,让余兴未尽的雄蜂乖乖去把花粉交给另一朵花。

正在为昆虫眉兰Ophrys insectifera传粉的掘土蜂Argogorytes mystaceus。图片:J. Claessens & J. Kleynen / Wikimedia Commons

正在为昆虫眉兰Ophrys insectifera传粉的掘土蜂Argogorytes mystaceus。图片:J. Claessens & J. Kleynen / Wikimedia Commons

脸盲的人类,你们知道什么

也许大多数人类都是脸盲,昆虫眉兰Ophrys insectifera被认为长得像蝇类而在英语里叫蝇兰(Fly orchid),虽然它明明是靠蜂类传粉的。而另两种O. sphegodesO. fuciflora被认为像蜘蛛,因此叫做早蛛兰和晚蛛兰(Early / Late spider orchid),而它们分别是由地蜂属Adrena和分舌蜂属Colletes传粉的。

与蜂兰同属、也可以欺骗地蜂的早蛛兰Ophrys sphegodes,因为长得像蜘蛛得名,摄于英国南部Folkestone。图片:GkgAlf / Wikimedia Commons

与蜂兰同属、也可以欺骗地蜂的早蛛兰Ophrys sphegodes,因为长得像蜘蛛得名,摄于英国南部Folkestone。图片:GkgAlf / Wikimedia Commons

也有高阶脸盲如叶蜂眉兰O. tenthredinifera,传粉者主要是蜜蜂科条蜂属的Anthophora pillipes,而非学名所指的叶蜂科。唉,罢了,植物和昆虫分类都很难,不全怪人类。

叶蜂眉兰,扫描二维码看更多。摄影:余天一

叶蜂眉兰,扫描二维码看更多。摄影:余天一

不过蜂类眼里的世界是我们难以想象的,它们的可见光波段与人类不一样,加上复眼视觉,这些兰花看上去也许非常逼真……或者它们也不在乎那么多,只要找到头在哪边就可以上了,比如黄花眉兰O. lutea和前面BBC里出现过的褐花眉兰O. fusca就是采取的让地蜂科昆虫的腹部沾上花粉块的体位,让唇瓣拟态了雌蜂的头部。最重要的还是精确配比的性外激素,不同的眉兰属物种的香味能吸引的冤大头也是各自专属的,通过它模拟的性外激素的差异,可以用来界定分类尚不明确的眉兰属物种。

假戏真做,蜂岂不是损失惨重?

拟交配现象并不只有眉兰属才有,其它兰科成员也有不少精妙的情色骗术。另一个著名的例子是分布于澳大利亚的铁锤兰属Drakaea,它利用当地土蜂会抱起没有翅膀的雌蜂飞到空中交配的行为,在拟态雌蜂腹部的唇瓣基部巧妙地长出活动的关节,意图起飞的雄蜂会随着这种机关的运动一头撞上合蕊柱。而同在澳大利亚的姬蜂和隐柱兰属物种Cryptostylis spp.假戏真做时过于投入,因此被研究者观察到损失了不少精子。

分布于澳大利亚的铁锤兰Drakaea glyptodon,唇瓣由一个活动的杠杆链接在花朵上,为了让蜂类抱起它时头部撞向合蕊柱。图片:Mark Brundrett / Wikimedia Commons

分布于澳大利亚的铁锤兰Drakaea glyptodon,唇瓣由一个活动的杠杆链接在花朵上,为了让蜂类抱起它时头部撞向合蕊柱。图片:Mark Brundrett / Wikimedia Commons

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,打算抱着“雌蜂”起飞的土蜂,中了铁锤兰的机关。图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

BBC纪录片《植物私生活(The Private Life of Plants)》片段,打算抱着“雌蜂”起飞的土蜂,中了铁锤兰的机关。图片:bilibili.tv(UP:石田丸菌)

真的很替蜂们担心,不是么?被兰花骗那么惨,会不会真的由于损失过大而自己生殖不成功呢?好在,似乎兰花这些凶狠的骗术都只作用于可以孤雌生殖的非社会性蜂类,因此就算真的损失了几个单倍体的雄蜂,雌蜂们仍然可以自己再生一批,让种群的基因库不受太大冲击。至于为什么会这样,大概是兰花和蜂类一方产生更高明的骗术,另一方发展更好的减损手段而不断博弈的结果吧,有点红皇后的协同演化的意思。

红皇后:“你必须尽力地不停地跑,才能使你保持在原地。”图片:DirectConversations

红皇后:“你必须尽力地不停地跑,才能使你保持在原地。”图片:DirectConversations

在兰花这边,也不是存心作恶。眉兰属有一些种类就是模仿蜂的栖息地而不是拟交配的,只开房不陪睡。不过,为了模仿蜂的洞穴,兰花也用上了蜂类传达聚集信息的外激素,研究者通过谱系统计推断眉兰属进行拟交配的物种的祖先性状时发现,也许通过模拟蜂类栖息地,眉兰在形态和化学上都已经预先适应了以后可能用到的骗术。毕竟,一旦用过就效果拔群,停不下来了。

其实这些高明的骗术让眉兰属成功传粉的概率只有5%~10% ,然而这对于整个种群的繁殖来说已经够了,成功受精的眉兰花每一朵可以产生12000~14000枚种子。这些种子里都有通过有性生殖才能发生的基因重组,因此保证了种群的遗传多样性,也就是物种在演化的基因长河里立足的根基。性是如此的重要,因此它甚至被演化用来设置这样反讽般的骗局。

一道冰川,阻隔了牛郎织女

最后,回到我们的主角蜂兰。也许是因为第四纪的大陆冰川覆盖过欧洲阿尔卑斯山以北的大部分地区,蜂兰的传粉者并没有跟上冰川消退的脚步回到曾经的分布区,因此,生长在北欧的蜂兰竟然大部分是严格自花授粉的,主动适应了自交,只有在地中海边的它们还能施展那古老的媚惑。

1777年《伦敦植物志(Flora Londinensis)》的蜂兰绘图,让我们不要只看在历史资料里看到它们曾经生活在这里。图片:William Kilburn / Kew

1777年《伦敦植物志(Flora Londinensis)》的蜂兰绘图,让我们不要只看在历史资料里看到它们曾经生活在这里。图片:William Kilburn / Kew

透过这张蜂兰的全身图我们可以想见,还好地下有充满营养的块根,让蜂兰能在孤独的北欧存续生息。它们或许会由于遗传结构变得单一,前途堪忧——这就像是命运的玩笑。

想到这样的蜂兰,我总不禁忧虑:我们这个物种在这颗星球上带来的剧烈变化,又会使多少演化中多年相爱相杀的伙伴,因为应变的步调不一致而被迫分离呢?

葛饰北斋画出了神奈川巨浪,但你知道他画的是流氓波吗?

本文原发表于果壳网的微信公众号,经授权转载自微信公众号“科学艺术研究中心”,未经许可不得进行商业转载

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日本符号的缔造者

说起日本江户时期的浮世绘大师葛饰北斋,大概每个人脑子里都会浮现出那幅《神奈川巨浪》,它已经是一个日本文化的标志性存在,哪怕从来没有去过霓虹国的人,估计也早就在各种画册、影视或日料店里看了不下一百次。

整个世界范围内,它的艺术影响力都是不言自明的,德加、马奈等印象派画家均为其折服,它甚至启发音乐家德彪西做出了三个乐章的《大海》,诗人里尔克则为它写下了《山岳》。

这张葛饰北斋70岁左右画成的杰作,年份大概在1830-1833年间,是他的“富岳三十六景”里面的一张,和《凯风快晴》、《山下白雨》并为其代表作。

“三十六景”通过从不同角度去观察富士山,留下了它在各种天气和时节下的身影,初版36张,故得此名,其实后来又追加了10张,所以一共有46张。

神户川冲浪里

神户川冲浪里

凯风快晴

凯风快晴

山下白雨

山下白雨

《神奈川冲浪里》与老爷子的自我修养

《神奈川冲浪里》画面展现的是巨大的惊涛骇浪中,三条渔船船身倾斜颠簸命悬一线的场景,在其中一条渔船背后,遥远的富士山占据了比较重要的位置,而在积雪皑皑的山头上空,可以看到的云似乎是积雨云。巨浪背光部分用了较大几块蓝色,蓝色曾经是非常贵的颜料,但由于便宜的普鲁士蓝在江户时期经由海岸商贸进入了日本,所以葛饰北斋可以大量地使用而不心疼。而画中这些渔船,是为了渔业贸易而开发的快速货船,称为oshiokuri-bune,可装载从鲜鱼、干鱼到大米、蔬菜、木炭和原木在内的等各种物品。

神奈川如今已经被并入了横滨,但回到葛饰北斋生活的时代,前者的地位却是更重要的,两者地位转变发生在这幅画完成后大约20年间,神奈川港是当时美国人希望日本开放的港口,但日本政府提出折中方案,即开放附近的一个小渔村横滨,这个渔村很快就在规模和作用上取代了神奈川港。有趣的是,《神奈川冲浪里》正好是把视角放到了今天横滨港的位置。

除了江户时期的社会风貌和地缘背景,画面中可以读到的信息还有很多,甚至它也是科学界的研究对象。

上个世纪70年代一手创建分形理论的美籍法国数学家B.B.芒德布罗数次援引神奈川巨浪作为自相似性的例子,在他的《自然的分形几何》(The Fractal Geometry ofNature)一书中,就以葛饰北斋的画笔来解释海洋中经常可见的碎波分形特性。

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把神奈川巨浪和分形联系起来,绝对不是一种勉强附会,葛饰北斋在1812年出版了一本用以教学的教材《略画早指南》,第一卷就讲到通过圆形、十字线、三角等基本形状的叠加可以得到物体的轮廓。其中一幅名为《海上富士》(海上の富士)的示例木版画中,可以清晰地看到他在波浪及其尖端使用不同尺度上的重复模式(分形)的痕迹,碎波最后变成了鸟类并飞向远处的富士山。另有一幅《雷阵雨中的富士》(夕立の不二),我们甚至可以在右侧山体上看到类似于一种Julia集的板块。Julia集是一个在复平面上形成分形的点的集合,以法国数学家Gaston Julia的名字命名。

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海上富士

海上富士

雷阵雨中的富士

雷阵雨中的富士

一种Julia集合

一种Julia集合

可以说,葛饰北斋的绘画技巧已经很有现代意味,其中带着算法思想和入微观察,这和他一直以来的自我训练是分不开的。他74岁那年(1834)出版了作品集《富士山百景》,后记中写道:

从6岁起,我就养成了写生的习惯。从50岁起,我开始创作大量艺术作品,但我在70岁之前所做的一切都不值得关注。73岁时,我开始掌握鸟兽、昆虫和鱼类的结构,以及植物的生长方式。只要我继续努力,到80岁我一定会对它们有更深的了解,到90岁我就会渗透到它们的本质。到100岁我希望能对它们有一个非凡的理解,而到110岁的时候,我可能已经达到了这样一个阶段,那就是我所画的每一个点、每一笔都是有生命的。愿那些德高望重的人觉得我没有太贪心。

科学重现当代版《神奈川冲浪里》

《神奈川冲浪里》对于科学家的另一个莫大吸引之处就在于他们想搞清楚这个巨浪的形成,到底是出于什么原因。最初,它被认为是海啸引起的,但也存有诸多疑点。

2007年,英国皇家学会的科学史期刊《注释与记录》刊登了Julyan Cartwright和Hisami Nakamura两人撰写的《神奈川巨浪到底是什么波?》,此文结合其所处历史时期,以及画面中波浪的表现,做了详尽分析,指出这个巨浪不太可能是海啸带来的。因为通过和船体大小的比较大致可以算出这个浪高达10-12米,然而结合与富士山的距离能得到的信息是它所处的位置还在海湾内,与海岸离得较远,海啸在这个地段尚无法激起如此高的浪。这种10米以上的巨浪更有可能是被叫做“反常波”(freak wave)或“流氓波”(rogue wave)的物理现象。

2012年,《注释与记录》还刊登了另一篇讨论这副名画的文章《关于葛饰北斋的神奈川巨浪:定位、线性和来自亚南极水域的流氓波》,把它和一幅真实中拍到的巨浪(流氓波)做了比较,指出了它们在形态上的相似,一个重要特征是两者都存在几个大振幅的周围波。流氓波是一种非线性波,而海啸波在宽阔的水域中其动力学行为都是遵循线性波的,只有到达距离岸边1/7个波长之处才会掺入非线性机制而骤然抬高,这也解释了上面提到的一点,即为何在海湾范围内海啸波不会如此巨大。

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这种超乎寻常的巨浪也会被叫做Draupner波,1995年1月1日,有人在挪威海岸附近的北海Draupner平台上发现过一条高度超过25米的海浪。

而在最近,来自英国、苏格兰和澳大利亚的一个国际研究小组利用爱丁堡大学的FloWave海洋能源研究中心的设施,居然在实验室中成功做出了神奈川巨浪。首席作者、牛津大学工程科学系研究助理Mark McAllister表示,他们破解了“流氓波”的配方:只需要两个较小的波群以大约120度的角度相交,这样的话,波峰下的水平流体速度会被抵消,产生的波浪能变得更高而不会发生断裂。这一发现将使科学家对反常波浪的理解“从单纯的民间传说转变为可信的现实世界现象”。

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通过在实验室中重现Draupner波,人们将进一步了解这种现象的潜在机制,研究小组希望这项工作能应用于日常,帮助海洋科学家们预测潜在的灾难性波浪。

倘若葛饰北斋泉下有知,也会对自己的作品能如此深入到事物的本质而开心不已吧。

参考资料

https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2007.0039

https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2012.0066

Fractals in Fine Art

M. L. McAllister, S.Draycott, T. A. A. Adcock, P. H. Taylor,Laboratoryrecreation of the Draupner wave and the role of breaking in crossing seas,Journal ofFluid Mechanics

是什么,让北极熊瘦成了狗?

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

2018年11月,加拿大,哈德森湾(Hudson Bay)。严寒之下,海面正在结冻,小镇丘吉尔(Churchill)的居民进入了“戒备状态”。

800头左右的北极熊(Ursus maritimus),将从哈德森湾出发,进入冰封的大海觅食。为防止人受到北极熊的伤害,丘吉尔镇配备了一系列预防措施。发现“熊出没”的人,可以拨打专门的热线电话,告知管理人员。小镇还会派出巡逻队查看北极熊的动静,以便及时提醒行人,不至于跟熊发生“亲密接触”。2018年,科学家们还在丘吉尔镇实验了搜索北极熊的新机器,他们称之为“熊雷达”(BEARDAR)。

人熊亲密接触,未必是好事。图片:Valerie / Flickr

人熊亲密接触,未必是好事。图片:Valerie / Flickr

对人来说,熊的到来,既是危险,也是引人注目的奇景。而北极熊并不关心人想的是什么,它们有它们关心的目标:走向冰原,进入它们的世界。

冻海上的旅程

与许多陆生食肉兽不同,北极熊一年中的大部分时间,都在冰封的海面上漫游,除了繁殖,很少登陆。

因为北极熊的食物来源极其不稳定,它们没有固定的领地,只能漫无边际地行走觅食。但它们的活动也不是全然无规律的,如果以年为单位,查看北极熊的活动轨迹,会发现它们有一定的活动区域。只是这个区域太过广大,很难称之为“家”或“领土”。在波弗特海(Bearfort Sea),一头北极熊一年间的活动范围,面积超过十万平方公里,宽达几千公里。在茫茫极夜里,它的旅程显得如此荒凉和漫长,如同冻海上的航船,甚至浩瀚宇宙中的飞船。

“宇宙旅行”是需要能量的。北极熊补给和储藏能量的形式简单而有效:脂肪。每1克可以产生约9.4大卡的能量。脂肪的主要来源是海中的鳍足类和鲸类。北极熊最喜爱的猎物是环斑海豹(Phoca hispida),髯海豹(Erignathus barbatus)也时常登上它们的菜单。没有海豹,北极熊会铤而走险,去攻击海象(Odobenus rosmarus),或者困在冰洞里的白鲸(Delphinapterus leucas)和独角鲸(Monodon monoceros)。搁浅的鲸尸,或者人类捕鲸留下的残骸,也是它们重要的能量“加油站”。

滩上的鲸鱼残骸,也是美食。图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

滩上的鲸鱼残骸,也是美食。图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

海豹的游泳速度比北极熊快得多,无法在水里捕获它们,因此北极熊常用的两种捕猎方法都和“冰”紧密相连。海洋结冻之后,海豹会在冰面上挖出洞来透气。北极熊的第一种捕猎方法,就是守在这些冰窟窿旁边,等海豹探出头来呼吸时,用熊掌打昏它。

另一种方法则是寻找小海豹。春天,环斑海豹会在冰层下挖掘洞穴,在洞穴里生下小海豹,这时,北极熊可以凭着敏锐的嗅觉,找到冰下的“海豹产房”。在一些地区,每年有44%的环斑海豹婴儿葬身熊口。还有少数北极熊掌握“偏门功夫”,海里有一些小岛一样的小块浮冰,海豹有时会在这些浮冰上休息,北极熊就在海里游泳,慢慢接近浮冰,然后一下子蹿上去,打海豹一个“措手不及”。

冰上的生死时速。图片:BBC / The Hunt

冰上的生死时速。图片:BBC / The Hunt

幸运儿获得了饱餐一顿的机会,但更多北极熊在挨饿。图片:BBC / The Hunt

幸运儿获得了饱餐一顿的机会,但更多北极熊在挨饿。图片:BBC / The Hunt

北极熊的身体各方面结构都高度适应捕猎与取食海豹。它的爪子短而弯,能牢牢抓住猎物。它嘴里最靠前的前臼齿退化,在犬齿之后,留出一个很大的空隙,这样,犬齿就可以顺利地咬住海豹,不至于受前臼齿的阻碍。它的臼齿窄小,而裂齿突出,最适合撕咬海豹肉。

捉到海豹之后,北极熊会咬住脖子将它杀死,然后像吃牛油果一样,撕下海豹的皮下脂肪,享受高热量大餐。极度饥饿的北极熊,或者哺乳(能量消耗很大)的母熊会吃掉整只海豹,但一般情况下,北极熊只吃肥肉。吃脂肪可以在最短时间内得到最多能量。在北极熊的体内,与心血管功能相关的一系列基因发生了变异,让它可以摄入大量脂肪而不受心血管疾病的困扰。消化脂肪的过程还会产生水,北极熊通过这一渠道补充水分,如果吃雪来补水,要花费额外的能量给雪加温。

饥饿时,也会整豹吞。图片:AWeith / Wikipedia

饥饿时,也会整豹吞。图片:AWeith / Wikipedia

跟其他熊相比,北极熊的“丰收”和“饥荒”季节,恰好是颠倒的。我们熟悉的其他熊,比如棕熊和亚洲黑熊,都取食大量的植物;夏、秋季的嫩芽、果实等,都是它们的佳肴;冬季草木枯萎,食物大大减少,它们只好冬眠。但北极熊的主食是海豹,植物在它的食谱里,只占微不足道的部分。冬季海面结冻,北极熊可以饱餐海豹,而夏、秋季海冰融化,它们几乎抓不到海豹。所以,万物欣欣向荣的夏天,却是北极熊最饿的时间。

夏天的北极熊被迫登岸,寻找浆果、鸟蛋和动物尸体充饥,甚至在垃圾场翻找食物残渣。但这些能量来源,跟海豹脂肪相比,都只能算是塞牙缝的零食。夏天的大多数时间里,北极熊都在忍饥挨饿,依赖体脂肪生活,科学家把这种状态称为“行走中的休眠”(Walking Hibernate)。但“行走中的休眠”消耗的能量,比真正的冬眠高很多。夏天的北极熊,经常因为皮下脂肪耗竭,而显得十分瘦长,甚至有些像狗。

瘦骨嶙峋的北极熊。图片:CRISTINA MITTERMEIER / National Geographic

瘦骨嶙峋的北极熊。图片:CRISTINA MITTERMEIER / National Geographic

在冰雪中创造生命

在冰天雪地中维持生命,对北极熊来说已相当不易。生育小熊的母熊,需要更多的能量,面临的考验也就更加艰难。为了满足育儿的需求,它们几乎变成了活的“燃料仓”。

母北极熊在春季交配,但受精卵在很长一段时间内,都不会发育,这叫“延迟着床”(Delayed Implantation),可以帮助母熊选择最适宜的生产时间。春天,在海冰消融之前,母熊抓紧时间捕食小海豹,尽力增肥,用皮下脂肪储存繁殖所需的能量。这时,它的体重会增加到300~400公斤,体脂比超过40%。

看起来是圆滚滚的一大只。图片:Alan Wilson / Wikipedia

看起来是圆滚滚的一大只。图片:Alan Wilson / Wikipedia

皮下脂肪是个好东西。但动物长得过胖,在陆地上的速度就会大大减慢,所以陆地动物一般不会储蓄过多的脂肪,以免跑得慢追不上猎物,或者被捕食者追上。北极熊是一个例外,捕食海豹依赖伏击和搜索,不需要速度,而且没有动物能捕杀成年北极熊(人类除外),所以它可以安安稳稳地储备大量皮下脂肪,以备不时之需。

直到秋天,母熊腹内的胚胎才会开始发育。在哈德森湾,母北极熊在11月开始为生产做准备。它们离开海岸,走向内陆。在积雪厚的地方,比如山坡、河岸上,挖一个雪洞作为“产房”和冬眠的“卧室”。母熊在这个洞里进入冬眠状态,一动不动,代谢降低,以减少能量的消耗。11月中旬到12月中旬,母熊会在沉眠中诞下小熊,一般是双胞胎。

中世纪的欧洲人认为,小熊出生时是不成形的肉团,要母亲用舌头舔它,把它塑造成熊形。这当然是故事,但刚出生的北极熊体重仅600~700克,发育很不完全,确实像一小团蠕动的肉。“熊孩子”这样小,可能是为了尽早出生,更高效地利用母熊体脂肪提供的能量。胎儿的主要能量来源,是通过脐带获取的糖类。母熊要产生糖类,就要分解自身的蛋白质。蛋白质是母熊身体组织的重要成分,也是小熊身体成长必不可少的营养,把它作为能源“烧”掉,是很浪费的。

小熊出生后,就可以通过吃奶,直接从脂肪里获取能量,而脂肪的来源,是母熊专门为存储能量而预备的皮下脂肪。尽早生下小熊,让“熊孩子”从“吃糖”转为“吃脂肪”,对于母熊和小熊,都是效率更高的能量利用方法。

北极熊的奶能量密度极高,脂肪含量达到30%,接近鲜奶油。吃着营养丰富的奶,小熊长得很快。三月末到四月中旬,母熊会带着三个月大的“熊孩子”出洞,回到海边觅食,补充几乎耗竭的能量储备。这时小熊的体重已经有10~20公斤,有着雪白的绒毛和黑黑的小鼻子,像大号毛绒玩具般可爱。

谁还没个可爱的时候。图片:wallimpex.com

谁还没个可爱的时候。图片:wallimpex.com

在哈德森湾,有的母熊从夏末起一直待在内陆,直接在内陆挖洞繁殖,期间不去海上觅食。它们无法进食的时间,竟长达8个月,这是哺乳动物里最长的“绝食”记录。

带着幼崽的北极熊。图片:Alaska Region U.S. Fish & Wildlife Service / Flickr

带着幼崽的北极熊。图片:Alaska Region U.S. Fish & Wildlife Service / Flickr

北极的冷酷方程式

人类世界里,食物和能源遍地皆是,我们甚至还在遭受能量过剩所带来的肥胖和怠惰之苦。人类开玩笑说“卡路里是我的天敌”,但在北冰洋之上,北极熊的世界里,能量是宝贵而紧缺的,“卡路里”就是性命所系。近年来,北极熊生存所必需能量,正日益变得贫乏,其主要原因,就是人类太过大手大脚地消耗能量。

人类活动排放的大量碳产生了温室效应。在北极,温室效应导致海冰的面积日益减小,冰融化的时间变得更早,结冻的时间更晚。而北极熊猎食海豹必须依赖海冰。于是,北极熊的能量来源日益减少,逐渐入不敷出。2017年,美国地质调查局(U. S. Geological Survey)在波弗特海测量了九只北极熊的身体数据,跟踪它们11天。其中四只熊在11天里,一只海豹都没有捕到,体重下降了10%。

饥饿的北极熊。图片:Kerstin Langenberger

饥饿的北极熊。图片:Kerstin Langenberger

海冰减少不仅为北极熊带来饥荒,也会增加人与熊之间的摩擦,对于双方,这种摩擦都可能带来杀身之祸。2018年8月,在加拿大的福克斯湾(Foxe Basin),一头带着幼子的母熊攻击了因纽特猎人,一人死去,两人受伤。愤怒的因纽特人猎杀了母熊和小熊,作为“报复”。他们向政府提出意见,近来北极熊和人的接触日益增加,应该提高合法捕猎的份额。减少熊的数量来保证人的安全。科学家却发现,加拿大北极熊的数量正在减少,人们之所以遇到更多的熊,是因为海冰消融,北极熊被迫留在陆地上,增加了人与熊相遇的几率。

在生存面临绝境时,有的个体做出了不同的选择。图片: Corinne Perkins / Reuters

在生存面临绝境时,有的个体做出了不同的选择。图片: Corinne Perkins / Reuters

在戈德温(Tom Godwin)的小说《冷酷的方程式》里,宇航员在飞船里发现了一个偷渡客,他必须把这个人扔进太空,否则飞船会因能源不足坠毁。然而偷渡客是一个无辜的少女,宇航员心如针刺,却在冷酷的规则面前屈服。

我们的时代离宇宙旅行还很远,但在冰的世界里,以脂肪为能源的白色“飞船”,已经“航行”了几十万年。在它们的世界里,有关“能源”与“旅程”的规则同样孤绝无情,在能源不足的时候,它们又将抛下什么?

未来在何方?图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

未来在何方?图片:Alan D. Wilson / Wikipedia

侯世达:我讨厌“人工智能”这个词,因为它们没有智能

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四十年前,一本奇书《哥德尔、埃舍尔、巴赫:集异璧之大成》横空出世。作者道格拉斯·霍夫施塔特(中文名侯道仁,中译第一版使用的译名是侯世达)在这本书里横跨艺术、音乐、数学、意识和智力等众多领域,成为那个时代最令人印象深刻的AI著作,为他赢得了普利策奖和美国国家图书奖。

然后他就消失了。

道格拉斯·霍夫施塔特 | Greg Ruffing

道格拉斯·霍夫施塔特 | Greg Ruffing

他并没有真的失踪,还在一直思考AI。但是,《集异璧》出版的年代,正好是“古典”AI时代最后的光芒。三十年的研究并没有像研究者预期的那样给出关于智能的突破性进展,热情和经费都在逐渐消退。人工智能研究者逐渐把重点放在能否让机器系统来解决实际问题;至于图灵当年提出的那个问题——“机器能思考吗”——被大部分人认为太过哲学、太过模糊,只适合放在课本的第一页,而和日新月异的应用无关了。

今天,最火的AI路线是机器学习。如果一个人只看新闻头条的话,也许会觉得AI问题已经被解决了:机器学习AI能下棋,能开车,能翻译,能聊天,能看病,能答题,能认动植物,能写诗作画,就差取代人类了。

真的吗?

侯道仁不这么认为。他说,AI不“懂”。AI在操纵数据,但不知道这些数据是什么意思,不知道它们还对应着一个现实世界。脱离现实的AI永远不会懂得现实。在这个问题上他显然是少数派。他已经几十年没有参加过学术会议了,也和AI的主流研究者罕有对话——“我对他们的状态不感兴趣”。很多时候这算不上真的冲突,双方只是在就不同的话题和不同的时间尺度思考。

但他所思考的问题确实直击盲点。数据集里能堆砌出智能吗?不带目的和情绪的,算得上智能吗?现在的AI能做很多事情,但它们真的“懂现实世界”吗?或者,它们只是一个个空无一物的黑盒子而已?

毫无疑问,今天的人工智能领域非常成功,不需要考虑这些问题也在快速进展。但是这样的进展也许是没有办法持续下去的。不去解决一些更加深层的问题,也许就会像寓言里那个想靠爬树抵达月亮的人一样:“他将不断进步,直到树的尽头。”

果壳:为什么你会采取这样一种脱离主流的研究方式呢?

侯道仁:我其实不觉得我是在正常意义上的“做研究”。我是以一种个人的状态在探索想法,如果可能的话,就写书来传递它们。驱动我这样做的,是一种寻找美、寻找优雅的力量。另外我还喜欢不严肃。

我对企业的商业目标不感兴趣——你知道就像谷歌的AI产品什么的。我感兴趣的是理解人类思考,理解语言,理解这些东西的深度和复杂性。我对这些事情十分尊敬,而我的感觉是那些科技公司好像就不怎么有尊敬的态度。这个肯定不是一概成立,做这些项目的人成百上千,每个人都是独一无二的人,都有自己的想法;但是公司自己会有一种动量在推动这些人,让他们去公开宣布“我们抵达了人类翻译的水平”这样的话。

我不知道谷歌翻译团队的成员是不是真的相信这些话,但是他们显然有这种“Chutzpah”——你知道Chutzpah这个词吗?这是一个意第绪语的词,有这种狂妄自大来说这样的荒谬言论。当然他们的产品是很厉害,往谷歌翻译里敲一篇文章或者复制一个网页,两秒钟之后右边就出来译文。有时候译文会很不错,因为他们确实用了海量的知识,不,不是知识——

果壳:数据?

:对,数据,而且相当的快。但是很多时候,译文都差得好远。就像我举过的例子: The roofer came down from the roof of the hospital carrying a case of shingles. (屋顶工人从医院的屋顶上下来,带着一箱瓦片。)翻译软件给出的是“一箱带状疱疹”。这和带状疱疹没有任何联系啊!屋顶工人带着的shingles很明显毫无疑问是瓦片。而且它还用的是“一箱”。你怎么可能有“一箱”疾病呢?

这完全讲不通,这是垃圾。但是这就是翻译软件做的事情,因为它根本就不理解任何东西。是零。它不知道有这样一个世界,有这么多事情正在其中发生,不知道有过去和未来,不知道有大有小有上有下。它什么都不知道。它所知道的一切就只是字词。

果壳:而不知道意义?

:甚至都谈不上是知道字词,它只是在使用字词而已。连这么简单的句子都不能理解,你怎么能宣称这是人类级别的翻译呢?

果壳:这些不算个别的例子吗?

:你得用这些例子才能揭示出它后面的空洞,证明它没有理解。机器翻译是巧妙的花招,有时候能完美生效,在简单句子上通常都能行——但不是每一个句子都行。整个机器翻译领域里最著名的一个例子,“The box was in the pen.(盒子在棚里。)”我试过的每一个程序在这个句子上都失败了。甚至给了上下文也没有用:“Little John was looking for his toy box. He looked everywhere and he finally found it in the pen. He was very happy.(小约翰正在找他的玩具盒子,找遍了所有地方,终于在棚子里找到了它。约翰很高兴。)”

果壳:都翻成了盒子在笔里。

:而任何人类都能理解。当然他们可能会笑一下觉得这个很有趣,因为pen这个词乍一看可能会让人觉得是你口袋里的“笔”,显然原句的pen说的不是笔。但是人类顶多是想一想,而程序则直接掉进了坑里。但如今60年过去了。这个句子来自机器翻译领域有史以来最著名的文章,发表于1959年;60年之后的现在,这么多机器学习的成就,都还无法让程序跳出这个陷阱。

而且机器学习还很大程度上是黑盒子,如果它犯了一个错误,你很难知道要怎么修。

果壳:我觉得这种事情就像是自驾车的状态一样,它们好像是能识别出看到的图像,但其实并不能真的理解这些图像。你会不会觉得,让AI在不理解这一切的情况下做这些事情是危险的?

:当然是危险的。的确,我们有很多工具做了很多事情,这些工具也啥都不懂。比如说机场的不同航站楼之间有小火车连接,车里没有人类工程师或者司机,但这都是很简单的,是固定轨道,固定起点终点,轨道上几乎不可能有什么障碍,所以你能信任它。某些大城市的地铁也是,不需要司机,因为轨道都是纯地下的,不可能有障碍,你不理解也没有关系。但是对于自驾车,我的感觉和翻译软件差不多糟糕。现实世界里的可能场景是无限复杂的,驾驶时出什么状况完全不可预料。我觉得这极其糟心。不管怎么说吧,我是不喜欢AI(人工智能)这个词的。

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果壳:如果你能重新发明一个词的话你会怎么说?

:我不知道。我觉得自驾车(self-driving car)是可以的,不用“智能”这个词,智能不是这个领域讨论的话题。当我们说智能的时候,其中的确有一部分是实时对看到的场景进行分类;我对自驾车懂的并不太多,我知道他们用的很多技术和人类开车不同,他们会用GPS,会用激光雷达,如此等等,这意味着自驾车看到的场景和用到的信息与人类不一样。我不确定它们到底在干什么,但是你可以说这的确是实时感知,对快速变化的图像进行实时分类,这是个动态而非静态的过程,这当然是智能的一部分,但绝对不是全部的智能。所以我不喜欢把智能这样的词用在这样的系统上。

二十世纪五六十年代那会儿,说“我们正在研究AI”是没问题的,我们是在研究它,是在尝试理解智能,但现在人们不那么说了,人们说“这是智能的”,“那是智能的”。我不喜欢这样。这是过度简化扭曲,误导原意。

果壳:开车和翻译都是很难的现实问题,不过创造性的问题呢?阿法狗在围棋上打败了人类,我就感到相当震撼。

:我同意,震撼(shaken)是对的词,我感到很难受,为围棋选手感到悲伤。不过,你知道有一个微软的程序能够写诗——

果壳:是的,他们居然还真的出版了。

:我不知道你说“真的”是什么意思,显然这年头人们是可以出版任何东西的!这不算什么啦。但是我想说,随便写点现代诗没什么了不起,这很容易,写出来的大部分是垃圾。搞一本垃圾宣称这是诗歌这不算什么成就。这样的事情早就被做过了,我自己五十五年前就写过这样的程序。这不算啥——好吧也许五十年前可以算啥吧。但像某些人说的那样把这个称为是计算机的创造力?这完全是荒谬,完全是无稽之谈。拥有创造力是和情绪联系在一起的。强烈的智识激情、好奇心和驱动力,愉悦感和玩耍心,乐趣、神秘、发明欲望——所有这些在今天的计算机里都找不到。什么都没有,零。

当然计算机是能做很多事情。二十五年前有个人曾经写过一个程序——后来我和他成了朋友——这个程序可以发现新的欧式几何定理。它是在探索几何学的新东西。但是它的做法是完全机械的,它对几何学没有任何兴趣,没在思考,没在享受,没在寻找美,没在做任何这样的事情,只是机械蛮力琐碎的探寻,把数字算到15位小数,检查点是不是在线或者圆上,这些事情对人类而言是极端困难极端无聊的。

如果你作为一个人来检视它产出的成千上万结果,偶尔也会发现一个优雅的定理。但是机器并不知道它的优雅,对优雅不感兴趣,对任何东西都不感兴趣。说这个和创造力有什么共通之处是很荒谬的,可是人们就是经常这么说。他们说这样的话的时候根本没有想过到底什么是创造力、什么是智能。所以我是真的讨厌说我们在用“人工智能”做事情。我们没有这种东西。

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果壳:AI最早的时代,图灵说因为我们不知道电脑有没有思考,所以我们应该看它们的思考结果来判断。现在我们有EMI(“音乐智能实验”,一个可以模仿作曲家风格创造出新音乐的程序)这样能产出类肖邦的音乐,阿法狗这样打败人类的棋手,这些算不算那种思考结果?

:不算,因为阿兰图灵说的是使用语言。

果壳:所以语言是人类思考的核心?

:语言代表着概念,日常的词语和句子都对应着我们心中的概念,是给概念上标签的方式。当然不是所有的概念都有标签,但很多都有,我们使用语言是为了外化这些概念。这才是图灵所说的东西。当然围棋也对应着概念,这个概念让阿法狗能够下围棋,但这不是关于整个世界的,这只是一个极小极小的微缩世界。至于EMI,我写过很多东西,做过很多讲座——

果壳:啊我读过《如聆巴赫》。

:那个是一个缩写版的文章,我写了大概40页的东西,被缩到了10页左右。我忘了是不是我自己缩写的,快20年前了。很不幸,它没能完全概括我想说的东西。

我觉得EMI是个骗子。它产出的大部分东西都很明显是从别的作曲家那里借来的。你越是熟悉那些作曲家的作品,就越能看出来它只是拿来片段然后放在一起。这和创造音乐没有任何关系,是零,也和人类与音乐的关系毫无相似之处。它只是一个流于表面的模仿而已,这就像是那个三字母游戏。

你知道这个游戏吗?就是你找一篇文章,比如林肯的葛底斯堡演讲,是什么文章无关紧要。然后你统计一下这篇文章里三字母组合的出现频率,比如AAA没有出现过,THE就出现了好几次,或者HE空格,空格也算一个字母,这样汇聚成一个频率表。然后你找两个字母,我一般是随机的,在表格里查下一个字母是啥。比如说开头的字母是TH,那么你就查一下THA、THB、THC……一直到TH逗号、TH句号和TH空格的频率,然后根据这些频率来随机选择第三个字母。最大的概率也许是THE,但你并不总是能选择它,也许这一次你选的是THR。那么,新的双字母就是HR,再去表格里查HRA、HRB、HRC……诸如此类。

果壳:这就是一个马尔柯夫链了。

:对,就叫这个。你用这样的方式创造出一篇新的文本,然后看看它长啥样。它和原来的文本会有很大的相通之处。你也可以不用三字母,而是用四字母、五字母或者更多。甚至可以把一整本书都作为源文本,统计里面的频率,创作出新的人造文本。粗看起来,它在局部上会很像是原来的作者写的东西,可能连着几个词都很正常,特别是当你用四字母或者五字母来生成的时候;但是它根本没有任何含义,全局而言它是垃圾。这个点子是大概70年前被发明的,已经被充分地研究过了。当然这样做出来的东西很好玩,本质上EMI做的也是这个。

但它做这样事情的时候并不智能,并不懂音乐。这并不是对作曲家的威胁,只是一个小玩具能让计算机快速地把音乐小片段拼合在一起。其产物有时候听起来还有点说服力,可是这和创造音乐没有关系,和理解音乐没有关系,和任何事情都没有关系,空无一物。然而正是这种东西在被不断吹捧成人类级别的成就。

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果壳:但是有没有可能沿着这条路线开发出一种不同于人类智能的东西呢?比如阿法狗是不是发现了一些人类没有看到的关于围棋的深刻见解?

:如果有,它必须是情绪化的。情绪是智能的核心,没有它就没有智能。当然你能看出来,我现在所说的这些都是非常情绪化的,这没错,我们说的一切都充满了情绪,被情绪所驱动,智力就是这个样子的。

阿法狗确实做到了一些惊人的事情,我丝毫不懂围棋所以没有办法评论,但显然它找到了某些模式,是人类从来没有注意过的,而且运用这些模式下了一手好棋。我不知道说它“理解”围棋算不算用对了词,因为理解是个很难讲的概念,但至少它肯定是找到了关于围棋的一些事实,一些强有力的不为人知的事实。我觉得这很了不起,也很让我沮丧和担忧,但我不觉得这是一条通向非人智慧之路。如果在很久以后的未来你能造出个电脑程序,可以和人类沟通交流想法,那是一回事,但下围棋不是交流想法,只是玩游戏而已。不,它甚至都不是在玩游戏,只是在操纵符号,它不知道这是个游戏,不知道游戏是什么东西。

但如果将来人们能开发出和人对话的程序——严肃地讨论观点和想法,不是聊天机器人那种,不是问“siri附近有什么印度餐馆”。我非常不喜欢现在这些东西,绝对不会用它们,虽然我知道有很多人喜欢这样的小软件。但总之如果我们将来真的有一个系统能和人对话,那么它必须要知道关于人类生活的几乎一切东西。需要懂得人类的情绪,自己必须拥有情绪,必须有担心、恐惧、不安感,如此等等,就像人一样。这是获得智能系统的唯一途径,而我们距离它的实现还很远。

果壳:没有捷径吗?也许我们可以复制人类体验的一部分,而不用把所有可能的体验教给机器?

:我觉得没有,不过我不知道是怎样的捷径。一部分体验,一丁点还是可能的,围棋不也是一部分嘛。

果壳:所以机器面临的难题是什么呢?

:情绪是伴随着一套内置的目标而产生的,我们谈论的对象必须要追求这些目标,需要能快速判断出它做的事情对于这些目标而言是好事还是坏事,而情绪就诞生于这种对好坏区别的感知。

果壳:不过我们确实是在给遗传算法设置目标呀,这不够吗?

:但这些目标和它的存活、它的福利之间没有产生联系。它没有在试图保护自己,没有试图过更好的生活。情绪来自斗争,为了生存的斗争。现在并没有这样的东西。

果壳:这听起来是适者生存,要模仿演化的路线。

侯:电脑可以演化吗?当然可以,全世界成百上千万的电脑都在不断改变,比起50年前大不相同了,这也算是一种自然选择。自然选择就是世界上有不同的东西在竞争,被环境所选择,而这个案例里环境是人类,但没有关系,人类也是世界的一部分。所以电脑当然在走一条演化之路。但是它们没有繁殖,没有遗传信息重组,这种演化方式和活着的生物是不一样的。乐器也在演化,但它们没有繁殖,只是被人造出来。电脑也是如此。

如果电脑变成了自律的实体,开始自己繁殖,相互竞争求生存,那么这里发生的事情就更加接近生物的演化。这时,你就会有情绪产生了。情绪是来自于保护自己、保护在乎的实体,保护家人和朋友,在电脑拥有朋友之前,它们是不会有情绪的。而现在的电脑没有朋友,不会喜欢谁、讨厌谁。这不是它们世界的一部分。必须要有保护,关怀和共情,需要能认同他人的目标、视之为自己的目标。我们距离这一切,还很远很远。

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侯道仁的著作《表象与本质》中译本刚刚由湛卢文化出版,这本书深入探讨了人类语言与心智的关系,以及它应当如何启发人工智能的方向。感谢湛卢文化对采访的大力协助。

现代食品这样变得廉价易得,你害怕了吗?

有些东西我们天天接触,也就会认为很了解它。

但事实不见得如此。

在食品上尤其明显——现代工业的生产方式,跟我们头脑中的生产方式差别太大了,大得让许多人感到不安。比如大家更为熟悉的鸡肉和鸡蛋,在许多人的头脑中保留着小桥流水、房前屋后,公鸡母鸡闲庭信步四处觅食的景象。鸡的主人们,甚至能够记住那些鸡的性格特点。人与禽畜,在一定程度上和谐相处,甚至多少有着一定的情感交流。而在现代化的养殖中,可以用冷酷、无情,甚至残忍来形容。鸡们一生下来就根据性别分了类,公鸡仔们甚至没有长大的机会就被碾碎了,生存下来的母鸡们也很快被剪去了喙,置身于拥挤的空间中,生命中的一切活动只是吃食和喝水,尽情地长肉或者下蛋。

图片来自Flickr |  Eli Duke

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Eli Duke

在传统的农牧中,动物是一个一个的生命。而在现代养殖业中,动物们只是一个一个的生物反应器,原料是饲料和水,产品是肉、蛋和奶。技术发展的目标,也就是如何选择更合理的原料——配方更合理的饲料;设计更优良的反应器——培育饲料转化速度更快、转化效率更高的品种;以及优化出更合理的反应条件——比如温度、光照、活动时间、卫生环境等等。

这种思路和逻辑在鸡鸭养殖中获得了巨大的成功。肉鸡和肉鸭,都能做到不超过两斤饲料长一斤肉;蛋鸡可以在90%的日子里下蛋,而每天只需要吃100克的饲料。而不那么成功的牛,则需要7斤以上的饲料才能长出1斤肉来。

这种快速生长、高效转化的养殖,是品种、饲料和养殖条件共同作用的结果。人们难以想象,鸡鸭饲料的配方跟婴儿奶粉的设计思路完全相同——都是按照各种营养素的需求,按需搭配,没有不足,也不会过剩。在这种几乎做到极致的养殖体系里,许多人深信不疑的“激素”完全没有价值,强行用了反而可能弄巧成拙。

这种高效率养殖方式带来的,就是鸡鸭的极度廉价易得。让我们来做一个简单的计算,按照现代化的养殖模式,每平方米空间可以养15到20只,6周出栏,那么一米方米鸡舍一年可以养出大约150只鸡来;如果按照欧盟的有机饲养标准,一只鸡的活动空间不小于2平方米,出栏时间不小于81天,那么一平方米空间一年可以养出2只鸡来。如果一个三口之家每周吃一只鸡,那么一年吃52只。如果按照欧盟的有机饲养标准,那么需要26平方米的土地才能满足一个家庭吃鸡的需求。按照北京两千多万人口来算,大约有700万家庭,需要用来养鸡的土地就得有27万亩。27万亩约等于180平方公里——即使不考虑饲料与人力的人本,光是所需要的土地,我们能够承担得起吗?

图片来自pixabay

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而如果采用现代化的养殖,需要的养鸡面积只有1.2平方公里。

换句话说,不采用现代化养殖这样高效的模式,根本不可能满足人们对于肉的需求。

这种高效的生产方式为我们提供了极大丰富的产品,但它们并不完美。在某些方面,我们也不得不做出妥协,或者说,付出代价。比如,养殖方式的冷酷和残忍,一直受到动物福利者的激烈反对;生长期缩短和运动的减少,使得肉的口感不再具有传统鸡肉的“劲道”与“浓香”;大规模养殖中为了预防疾病传染,会大规模地使用抗生素以及消毒、抗菌药物……

在我们习惯了每天吃着肉喝着奶,敲着键盘指点江山的时候,批判现代技术是很轻松很容易的事情。我们可以大义凛然地批判现代技术的缺陷与带来的问题,但很少有人会想:如果不采用现代养殖技术而都恢复到传统的养殖方式,你是否愿意把肉、蛋、奶的消费量也恢复到过去呢?比如,一个月只能吃上一两次?

跟其他生产一样,现代食品生产也是先确定各产品指标的优先顺序,然后寻求效率最高、成本最低的手段实现最优先的指标。在保障优先指标的前提下,才兼顾其他的指标。在鸡鸭的养殖上,最优先的指标就是用更少的资源生产更多的肉。在满足这一点的基础上,才去考虑这些肉是否好吃,生产方式是否充满温情。

其实,在现代食品中,“肉、蛋、奶”也只是实现核心目标的一种形式,而不是目标本身。禽畜养殖的目标,是把人不能吃的饲料转化为食物,而核心的衡量标准就是:饲料蛋白转化为食物蛋白的效率。禽畜养殖,是把禽畜作为生物反应器来实现转化。如果我们越过禽畜这些生物反应器,直接通过无生命的化学或者生物反应来进行转化,是否可以更加高效、更加人道呢?

这也是现代食品技术发展的一个方向。比如:

直接在植物蛋白中加入产生肉特有风味的物质,并通过挤压等手段模拟肉的口感,这就是在美国已经上市的“beyond meat”和”impossible food“;

还有用培养液直接进行肌肉细胞培养,从而形成“人造肉”的思路,在技术上也已经实现,只不过成本还高得没有应用价值;

在动物福利方面,美国允许注射牛生长激素来增加奶牛的产奶量,而欧美和加拿大,都因为动物福利方面的考虑而禁止了这种操作;

为了避免公鸡仔没有养殖价值而一出生就被放弃的残忍,科学家们在努力开发孵化前就判断公母的技术和设备——这样也可避免孵化出公鸡的那一半鸡蛋被浪费;

……

类似的例子还有很多。现代生产技术的进步是为了解决人们的核心需求。在实现核心需求的同时,经常需要放弃一些食物的特质。有时候,甚至还会带来一些新的问题。一种技术的成熟与应用,是因为它解决的问题远远超过它放弃的特质或者带来的问题。对于放弃的特质,实际上是一种市场的选择——在所获得的特质与失去的特质之间,消费者如何权衡选择,比如当鸡鸭的廉价易得与记忆中风味口感不可兼得,我们如何选择;而对于新技术带来的问题,只能是寻求更新的技术去解决,而不是回到过去——因为,当我们习惯了肉蛋奶是生活的基本需求,就无法回到把它们作为奢侈品偶尔才能吃一次的年代。

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反应动图:红光闪现

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,未经许可不得进行商业转载

化学发光是在化学反应过程中产生的发光现象,一般说到化学发光最常提及的例子就是鲁米诺反应,这个反应会发出蓝色的光。而今天我们再来看一个会产生红色发光的化学反应。

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试管中的液体组成如下:首先将大约1.2g氢氧化钠溶于5ml水,然后在演示开始前加入5ml浓双氧水(30% w/v,100 vol)。向液体中通入的则是在实验室里制备的少量氯气。这其实是一个发生在过氧化氢和氯气之间的反应,发出红光的是反应产生的氧分子——不过它和我们平时常见的氧分子有些不同。

反应式如下:

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在这个反应中,新生成的氧分子是处于一种“高能”状态的,它被称为“单线态氧”。反应中会生成这种处于激发态的氧分子,然后它还会回到基态(基态被称为三线态氧),同时以光子的形式释放出能量。这个光子的波长是631nm,它就是我们所看到的红色发光了。

而至于处于激发态的单线态氧和基态的氧分子具体有什么不同嘛……一般这个会用分子轨道理论来解释,对于只学过价键理论的人来说会是比较陌生的概念_(:з」∠)_虽然我姑且还是学过分子轨道,但这里并不太想展开讲了……粗略地理解的话,只要知道反应生成了一种相对“高能”状态的氧分子,然后它回到更稳定的基态时发出红光就可以了。

这个发光实验可以在化学课上进行小规模的演示,不过因为要制备氯气,安全上还是需要格外注意。下面的链接可以看到操作细节和注意事项,但请不要随意模仿。

参考资料:https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/lighting-up-oxygen/3009891.article

原视频来源:Royal Society Of Chemistry

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