雙子佯謬與原子干涉；″現在的年輕人真的不行″效應 | 一週科技速覽_風聞

**編輯 | **楊文瑾、****董唯元、韓若冰、陳航

目  錄

1. 雙子佯謬與原子干涉

2. 細菌更愛“友好共存”勝過“適者生存”

3. 《自然》發表全球中低收入國家五歲以下兒童死亡地圖

4. 生育給產婦帶來更“年輕”的大腦

5. “現在的年輕人真是不行”效應千年不變的原因

6. 大腦“佛系”點，活得久一點

雙子佯謬與原子干涉

幾乎每一本相對論科普書中都會提到的雙生子佯謬，其實早已不再是“佯謬”，而是非常清楚明確的時間膨脹現象的直觀描述。這個常被稱為“動鍾變慢”的相對論效應，已經被實驗確認和證實，非慣性系中的時鐘就是比慣性系中的時鐘走的更慢。

科普書中常見的另一個比較燒腦的概念是波粒二象性。不僅光子和電子這樣的基本粒子具有波動性，那些由基本粒子堆積起來的原子、分子，甚至更大的宏觀物體也都同樣具有波動性。這也就是德布羅意所洞見到的物質波。科學家早已在實驗中驗證了原子也可以像光子那樣，通過多條路徑後自己與自己干涉。

也就是説，原子的“影子分身”（波函數）穿過了不同路徑，然後再匯聚起來。那麼問題來了，通過不同路徑的那些原子的“影子分身”，會不會像雙生子佯謬中的那對孿生兄弟一樣，經歷不同的時間膨脹呢？如果是的話，再次匯聚起來的一個原子實體，豈不是經歷了長短不一的幾種不同歷史？萬一被問及準確年齡，這個可憐的原子實體該如何回答呢？

幾天前，經過18位科學家的共同努力，一篇發表在《科學》雜誌系列子刊上的論文**[1****]**，從上述一系列有趣的問題出發，對相對論時空背景下的原子干涉進行了深入的分析和探討。文章不僅給出了涵蓋時間膨脹因素的干涉相位差的計算方法，還對不同時空幾何產生的不同干涉影響進行了細緻的分類討論，甚至還討論了量子時鐘的疊加態問題。

討論這些問題的意義絕不僅限於理論研究。事實上原子干涉因其探測精度遠高於光干涉或電子干涉，現在已經成為極高精度測量的重要技術手段之一。在原有量子干涉理論的基礎上，補充完善相對論效應的影響，將進一步幫助這一技術手段提升測量精度。此外，在當今依賴原子鐘為準確計時依據的年代，時鐘本身的疊加態我們也必須儘量透徹認識，這或許能幫助人們設計超越現有精度的時鐘和傳感器。

[1] Interference of clocks: A quantum twin paradox. Sina Loriani et al, Science Advances, 2019.

細菌更愛“友好共存”勝過“適者生存”

哥本哈根大學一項新的微生物學研究表明**[1****]**，在不同種細菌的羣體之中，“友好共存”勝過“適者生存”。如果有益於整個菌羣，細菌會為彼此讓出空間並犧牲自身特性。這一發現是邁向理解複雜細菌相互作用的重要一步，也為開發多種人類疾病的新治療模型和綠色新技術鋪路。

在經典的達爾文主義思維中，競爭才是遊戲規則。“然而當涉及細菌等微生物時，我們的發現揭示了最合作的物種能夠生存，”微生物學家、論文作者Søren Johannes Sørensen教授説。

細菌為了生存會競爭還是合作？為了研究細菌競爭或合作的程度，研究人員測量了從玉米苞葉分離出的細菌的生物膜**[2****]**。研究者在一片玉米苞葉上放置了四種不同的細菌，實驗顯示細菌不僅彼此合作，還會改善自身的生存狀況。最強的細菌不僅沒有壓倒最弱的細菌，反而為其留出空間，使弱者變得更強，通過合作，細菌製造生物膜的能力大大提升。數據顯示，細菌通過合作產生的生物膜比獨佔資源情況下的產量多出三倍。

細菌還會與“鄰居”分擔繁瑣的工作並關閉自身不必要的機制。Sørensen稱：“新研究表明細菌以一種結構化的方式自我組織、分配工作甚至互相幫助。這意味着我們可以通過觀察誰與誰相鄰找出哪些細菌相互合作、哪些相互依賴。”

通過探究細菌單獨存在時和與其他細菌共存時各有什麼特性，研究者對羣體協同作用有了全新水平的理解。細菌能在“鄰居”中誘導出本來是休眠狀態的屬性，使得菌羣可以表達出單獨存在時無法實現的特性。

當今的絕大多數生物技術還僅僅基於單一生物體。Sørensen説：“我們必須向自然界學習並提出解決方案，以挖掘未來生物技術的巨大潛力。

[1] Deciphering links between bacterial interactions and spatial organization in multispecies biofilms. Wenzheng Liu et al, 2019.

[2] 注：這是一種保護細菌免受抗生素或天敵等外界威脅的黏質保護層。當細菌健康時，會產生更多的生物膜。

《自然》發表全球中低收入國家五歲以下兒童死亡地圖

《自然》本週發表的一項研究繪製了全球中低收入國家五歲以下兒童的詳細死亡地圖**[1****]**。該項研究估計，在2000年到2017年的18年間，全球有1.23億兒童死亡。研究考察了兒童在五歲前的死亡風險如何因出生地而異。

2017年，93%的兒童死亡發生在中低收入國家。聯合國可持續發展目標（SDG）第3.2條要求到2030年消除兒童可預防的死亡。雖然這一目標已經取得了巨大進展，每年全球的兒童死亡數量已從1950年的1960萬例降至2017年的540萬例，但次國家級（比如州省或區縣）的死亡率依然存在差異。

要實現消除可預防死亡的目標，就要對兒童死亡率和趨勢有充分的瞭解。為此，Simon Hay和同事調查了2000年到2017年間非洲、亞洲、中東、美洲和大洋洲的99箇中低收入國家的五歲以下的嬰幼兒死亡情況，並據此繪製了一張高清地圖，如下圖所示。

涵蓋99箇中低收入國家的五歲以下兒童死亡情況分佈地圖|圖片來源[1]

作者發現，在國家水平上，所有被研究國家的兒童死亡率在2000-2017年間下降了41%。2017年兒童死亡率最高的國家分別是印度、尼日利亞、巴基斯坦和剛果民主共和國。不過，死亡率在這些國家的分佈並不均勻。

研究小組估算，如果所有地區都擁有和那些表現最好的富裕地區同樣的死亡率，2000-2017年間約三分之二的兒童死亡是可以避免的。作者還假設，如果被研究地區已經實現了SDG第3.2條的目標，也即每1000例活產的死亡率至少降至25例，那麼約有260萬例的五歲以下兒童死亡或許是可以避免的。

在一篇同時發表的評論中**[2****]**，聯合國人權事務高級專員、智利前總統米歇爾·巴切萊特（Michelle Bachelet）指出，降低兒童死亡率不僅是讓患兒能夠就醫，還要付出更大的努力。她寫道，“導致兒童死亡的因素可以歸結為比無法‘治療’更大範圍內的不幸，如貧窮、歧視和不公。這張地圖反映的問題必須政府和整個社會層面共同行動來解決，政府必須支持家庭、尊重婦女、解決地域不平等問題。”

[1] Mapping 123 million neonatal, infant and child deaths between 2000 and 2017. Simon Hay et al, 2019.

[2] Data on child deaths are a call for justice. Michelle Bachelet, 2019.

生育給產婦帶來更“年輕”的大腦

很多女性懷孕後常會自嘲説“一孕傻三年”，現在這個説法要被顛覆了。挪威奧斯陸大學的一項最新研究顯示，與未經歷過生育過程的婦女相比，生育過程給產婦帶來了更“年輕”的大腦。這意味着產婦的大腦相對於她們的實際年齡顯得更年輕。研究結果表明，懷孕期間發生的諸多生理變化，尤其是大腦的變化，可能會持續到分娩之後，並可能延緩產婦神經生物學意義上的衰老。目前，該研究成果已在《美國國家科學院院刊》雜誌上發表**[1****]**。

該研究涉及來自英國的12021名中年婦女，通過神經成像和機器學習手段，挪威奧斯陸大學的科學家們找到了女性的生育數量和大腦看起來更年輕之間的正相關證據。研究人員發現，與沒有生育的女性相比，有生育經歷的女性大腦衰老的跡象更少。這種持續的影響在多胎生育之後會更加明顯。從大腦年齡差距來看，對於經歷過多胎生育的女性，她們的大腦最“年輕”。

該研究的主要領導者Ann-Marie G. de Lange表示，我們的研究結果提供了證據，證明胎次與產婦中年時期的大腦健康有關，而且這種聯繫不能用常見的基因變異或相關的混雜因素來解釋。雖然還需補充其他具有前瞻性的縱向研究，但我們的研究結果至少表明，胎次可能涉及到產後神經系統的變化，從而對產婦衰老的大腦產生保護作用。

[1] Population-based neuroimaging reveals traces of childbirth in the maternal brain. Ann-Marie G. de Lange et al, 2019.

“現在的年輕人真是不行”效應千年不變的原因

每一代成年人都覺得“現在的年輕人不行，跟以前比差遠了”。為什麼會有這種感覺？而且這個效應已經存在了上千年。然而，現在的年輕人到底是哪裏不行？最近進行的一項研究對人們認為現在的年輕人不如前幾代的傾向性進行了評估和分析**[1****]**。研究顯示，“認為現在的年輕人不行”的看法，主要跟成年人本身的特質有關。

根據史料，至少是從公元前624年開始，人們就曾對當時的年輕一代表示失望**[1****]**。抱怨年輕一代不如上一代的習慣延續千年，説明這些指責既不準確，也不是因為某個特殊文化或時代的特質才產生，而是代表着人類一種普遍存在的幻覺。正是由於它潛在的普遍性，罕有人去研究人們鄙視青年人的源頭和程度。

本次研究發現，人們認為現在的年輕人不行的偏見是普遍的，同時又因為每個人的特質不同而不同。在本次調查中，有3458位33-51歲的美國成年人認為現在的年輕人“不行”。研究人員發現：比較專制的人，就覺得現在的年輕人不尊重長輩；比較聰明的人，就覺得現在的年輕人有點傻乎乎；博覽羣書的人，就覺得現在的年輕人不愛看書**[2****]**。

為什麼會存在這種效應呢？研究人員指出，有兩種偏見機制，一是觀察偏見，以己之長見人之短，在自己擅長的領域特別容易注意到別人的不足；二是記憶偏見，以現在推想過去，現在很聰明就覺得自己一直很聰明。當觀察現在的年輕人時，人們將有偏見的記憶和現在的年輕人的表現進行對比，“不行”的感覺就強烈起來。

[1] Kids these days: Why the youth of today seem lacking. John Protzko and Jonathan W. Schooler, 2019.

[2] 本文部分內容參考自遊識猷微博，ID：遊識猷。

大腦“佛系”點，活得久一點

佛系一點，活得更久，人類常常這樣以為，只是苦於沒有證據**[1****]。10月16日發表在《自然》雜誌上的一項研究首次證明了這一點[2****]**。研究發現，過度興奮或大腦活動過多與壽命縮短有關。同時，抑制神經過度興奮可以延長壽命。這項研究基於人類大腦、老鼠和蠕蟲的數據，首次表明神經系統真的會影響壽命。

哈佛醫學院Bruce Yankner等人主導了這項研究。利用數百個沒有“認知缺陷（Cognitively Intact）”的大腦**[3****]**，Yankner等人進行了人體實驗。他們發現，人體內有些基因，是和神經過度活躍相關的。對於那些活到85-100歲的人，比起只活到80歲以內的人，這些基因的表達明顯更少。研究進一步指出，一種叫做REST的蛋白質是造成這一現象的關鍵。

REST蛋白質抑制了這類基因的表達，在線蟲、小鼠和人類的身上都得到了印證。不止於壽命長短，該研究還向延緩衰老邁進一步：這項研究揭示了神經興奮和衰老之間聯繫，還指出了胰島素/IGF1整合神經活動、以及代謝的途徑。這種整合能夠調整生物的生理機能，優化生物的適應性，提高生存率。此外，通過緩和神經興奮的整體變化，在神經網絡活動中保持適當的平衡，REST蛋白質還可以預防與年齡有關的神經系統疾病（比如老年痴呆），從而延長人類的壽命。

不過，Yankner表示，這項研究還未經過臨牀試驗，鍛鍊人類大腦和大腦過度興奮之間的界限，還需進一步探索。

[1] 注：本文轉載自公眾號：量子位（QbitAI）作者：栗子 魚羊 發自 凹非寺

[2] https://www.nature.com/articles/d41586-019-02958-x

[3] 注：指的是去世之前還是健康的大腦

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