如何辨認蟲洞；退休養老顯著加速老年人認知衰退 | 一週科技速覽_風聞

****編輯 |楊凌、董唯元、韓若冰、陳航

目  錄

1. 如何辨認蟲洞

2. 退休養老顯著加速老年人認知衰退

3. 孕期接觸空氣顆粒物污染影響嬰兒心率變化

4. 斯坦福大學質疑當今碳捕獲方式

5. 破解存在50年的板塊移動之謎

6. 失敗是個大事！哪些失敗最終會成功？

如何辨認蟲洞

蟲洞（wormhole）自從1957年被John A. Wheeler提出以來，一直是科幻作品最喜歡的概念之一。近幾年來隨着ER=EPR猜想的提出，蟲洞這個神奇的時空結構，又與量子糾纏概念緊密的結合在一起。儘管圍繞蟲洞概念的藝術作品和嚴肅理論科研工作都如火如荼，但是科學家們卻一直未能回答一個根本性問題——蟲洞真實的存在於我們的宇宙中嗎？如果某個黑洞就是蟲洞的入口，我們能夠辨認出來嗎？

幾天前，中國揚州大學的戴德昌教授和美國凱斯西儲大學的Dejan Stojkovic教授，一起發表了他們在這方面頗具啓發性的探討和一些初步結論**[1****]**。出人意料的是，文章僅通過簡潔對稱的靜態蟲洞模型，便得出許多關鍵性結論。他們發現蟲洞入口不僅與普通黑洞存在區別，而且這些特徵性差異完全可以遠距離觀測發現，並不需要飛臨甚至鑽入黑洞。也就是説，隨着天文觀測精度的增加，我們很快就可以遵照兩位研究者所指出的特徵，對宇宙中的黑洞進行細緻考察，看看那些黑洞的後面，是否連通着另外一個時空！

在廣義相對論誕生的初期，曾有人認為時空在黑洞視界處割裂開來，所幸很快物理學家們就意識到這是個誤解。一些數學表達式上所反映出的奇異性，只是由座標系選擇不當造成，時空本身儘管在黑洞視界處強烈彎曲但仍保持光滑連續，並未割裂折斷。所以平凡時空中的各種物理量守恆定律，在強烈彎曲的時空中應該仍然有效。

兩位研究者正是從考察蟲洞口附近時空區域守恆律出發，分別計算了電荷、引力和標量場。檢查這三者是否可以穿過蟲洞，影響蟲洞另外一側的時空。計算結果顯示，標量場的影響無法穿過蟲洞，但電荷和引力的影響都可以透過蟲洞，在另外一側時空中留下痕跡。

如果把電量為q的點電荷放在離蟲洞口距離為A的位置上，那麼在我們這個時空中觀察到的有效電量會變成 

，其中R是蟲洞口的半徑。同時在另一側時空的蟲洞口上，剛好會探測到 

 的有效電荷。也就是説，儘管我們沒有把電荷扔進蟲洞口，但蟲洞已經把一部分電荷泄漏到另外一個時空中。

引力也與電荷的情況類似。靠近蟲洞口的物體，其有效質量會被蟲洞泄漏到另外一個時空。因而在我們的時空中，一個遠處的觀察者會發現這個物體的運動加速度表現的有些異常。這個加速度的偏離值在幾何單位制下約為  

 。與電荷的情況相同，泄漏的可觀測效果都是跟蟲洞的大小R成正比，而與物體到蟲洞的距離A成反比。

正是這個與A成反比的性質，讓我們能夠通過觀測那些沿橢圓軌道繞黑洞運行的星體，來甄別這個黑洞裏面是否藏着通向另一個時空的蟲洞。只要蟲洞口足夠大，繞黑洞運行的星體離黑洞足夠近，同時橢圓軌道又足夠扁，那麼就會產生可觀測到的跡象。

[1] Observing a wormhole. De-Chang Dai, Dejan Stojkovic, Physical Review D, 2019; 100 (8) DOI: 10.1103/PhysRevD.100.083513

退休養老顯著加速老年人認知衰退

工作太累，盼着早點退休？一份來自紐約州立大學賓漢姆頓分校的研究表明，早退休可能並不好，因為它會加速你的認知衰退**[1****]**。

漢姆頓經濟系助理教授Plamen Nikolov和博士生Alan Adelman對中國新農合養老（NRPS）和中國健康與養老追蹤調查數據（CHARLS）進行了研究，以確定養老金福利對60歲及以上年齡人員的個體認知水平的影響。CHARLS是一個對45歲及以上的中國國民進行的國家級跟蹤調查，這個調查通過情景記憶測試和精神狀態測試**[2****]**來測試被研究人員的認知狀態。

隨着發展中國家人口預期壽命的增加和生育率的下降，老年人的佔比在亞洲和拉丁美洲越來越大，因此對新的可持續的養老系統有迫切的需要。但是，研究表明這些退休計劃可能隱含不利，因為“退休”對於老年人的認知衰退是一個顯著的影響因素。

“基於大範圍的人口統計和調查，中國在農村地區推廣了新農合養老。新農合基於經濟水平和承擔能力來實施，以減緩老年人的貧困狀況。”Nikolov説：“在廣大的農村地區，傳統的以農户家庭為基礎的老人贍養正大範圍地崩塌。目前還沒有足夠好的機制來填補這種崩塌，而老年人從親朋或者社區得到的支持不足以讓他們抵禦疾病和營養不良。”

研究人員發現養老金福利對老年人的認知功能有顯著的負面影響。認知能力下降的最大指標是延遲記憶，這一指標在神經生物學研究中被廣泛認為是痴呆症的重要預測指標。退休對女性的負面影響更大，Nikolov説，研究結果支持了心理退休假説，即大腦活動水平降低後導致認知能力下降。

“在實施新農合的地區，其個體認知水平要比那些生活在沒有新農合地區的人低”，Nikolov説，“同時在新農合推廣的十年間，該計劃導致認知表現水平在記憶力這一項上降低了5個標準差”。

令人驚奇的是，這與在美英和歐盟等高收入國家做的研究有相似的結論，Nikolov認為這指出了退休的全球性問題。

“我們驚奇地發現有養老金福利的退休實際上導致了認知水平的衰退。但同時我們在另一項研究中發現，有養老金福利的退休會提升健康水平，包括睡眠質量改善、煙酒消費的減少等。”Nikolov説，“退休導致認知水平衰退這個發現絕對是一個意外，但也是一個暗示老年人生活品質問題的重要發現。”雖然有養老金的退休是能夠提升健康水平的，但也導致了在另外一些維度上的負面影響，比如社交能力、心智方面的活動、社會參與度等。

“現在看來，社會參與度降低對老年人的負面影響要遠大於健康和睡眠改善帶來的正面影響。” Nikolov説，“或者換一種説法，身體健康和頭腦健康是兩個完全不同的事情。持續不斷地參與到社會活動中，可能是老年人提升認知水平最有效的因素。” Nikolov希望他的研究能夠激發新的政策來提升退休人員的認知功能。

“我們希望這些發現能夠讓退休老人認識到這些問題，但是，更重要的是影響發展中國家的政策制定者。”Nikolov説，“我們有堅實的證據證明退休即是有利的，也是有害的。老年人認知衰退即使不是一種身體虛弱，但對生活品質和個人福祉有負面影響。政策制定者應注意提升退休人員的社會參與度和動腦程度。這樣的退休計劃才能夠讓退休人員既身體健康又頭腦靈活。”

[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/bu-rst102919.php

[2] 情景記憶測試和精神狀態測試：episodic memory and components of intact mental status

孕期接觸空氣顆粒物污染影響嬰兒心率變化

根據《環境健康展望》雜誌發表的研究**[1****]**，母親在懷孕期間暴露於空氣顆粒物污染與六月齡嬰兒心臟對壓力的反應降低有關。這是首個發現子宮內空氣顆粒物污染會影響心率變異性的研究。

心率變異性作為對壓力的反應方式，對於維持心血管系統、呼吸系統和消化系統的最佳功能至關重要，是情緒健康和抗壓能力的核心。心率變異性降低是身心健康問題的已知危險因素。在大齡兒童、青少年和成人的研究中，已發現空氣污染對心率變異性的負面影響會導致心臟病、哮喘、過敏、情緒或行為障礙等疾病。

西奈山醫院和醫學院的研究人員分析了237名位於波士頓的母親及其嬰兒。通過測定母親在孕期接觸的空氣顆粒物污染水平，並研究六月齡嬰兒的心率和呼吸，研究人員發現，母親在孕期暴露於空氣污染的水平越高，嬰兒在壓力下的心率變化就越小。

高級作者Rosalind Wright教授説：“結合全球範圍內日益增加的空氣顆粒物污染暴露，研究發現凸顯了檢查生命早期空氣污染暴露的重要性，這種暴露與醫療、發育和心理的負面後果相關。”

論文第一作者Whitney Cowell博士説：“找出能破壞例如心率反應等關鍵生理過程的暴露因素，將帶來針對生命早期階段的預防策略，此時預防能夠最大限度的發揮作用。具體來説，這些發現能夠支持個人和政策層面的行動，以減少孕期的空氣顆粒物污染暴露。”

[1] https://www.mountsinai.org/health-library/report/asthma-in-children-and-adolescents

斯坦福大學質疑當今碳捕獲方式

碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage，簡稱CCS）是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來，並用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術**[1****]。根據理論預測，碳捕獲技術可以使單位發電碳排放量減少85%-90%[2****]。近期，斯坦福大學在國際頂級期刊《能源與環境科學》發表文章[3****]，對當今世界的碳捕獲技術提出質疑：碳捕獲技術不僅不會減少大氣中的碳，還會增加空氣污染[4****]**。

斯坦福大學伍茲環境研究所的高級研究員Mark Z. Jacobson利用不同類型發電廠的公開數據，對碳捕獲成本進行了分析。Jacobson計算了每種類型發電廠碳捕獲過程的淨二氧化碳減少量和總社會成本，包括運行碳捕獲設備所需的電力（來自天然氣燃燒）和由此產生的上游排放**[5****]**等。由於碳捕獲設備的高能量和高能耗需求，Jacobson得出結論，在未來20年內，具有以天然氣為動力的碳捕獲設備的燃煤發電廠，其產生的社會成本要比沒有碳捕獲設備的燃煤發電廠高約24%。如果該工廠碳捕獲設備的動力來源被風能所取代，那麼它的社會成本仍將超過那些沒有碳捕獲設備的燃煤發電廠。只有當風能發電取代燃煤發電本身時，社會成本才會降低。

Jacobson表示，碳捕獲設備總是有捕獲過程產生的能耗成本，因此其從來沒有減少空氣污染。“在現有的發電廠，碳捕獲幾乎沒有效果。在實際上，碳捕獲技術也不可能比直接用風能或太陽能取代煤炭發電更好。”

[1] 百度百科

[2] 注：如歐盟重點支持的世界最大的碳捕獲與封存示範工程。該工程在挪威蒙斯塔德建成，總投資10億美元，由挪威政府提供資金支持，設計能力為年捕獲CO2 10萬噸

[3] 影響因子：33.250

[4] The Health and Climate Impacts of Carbon Capture and Direct Air Capture. Mark Z. Jacobson, Energy & Environmental Science, 2019; DOI: 10.1039/C9EE02709B.

[5] 注：如果該電廠為燃煤發電廠，那麼上游排放包括開採和運輸煤炭、以及燃燒燃料等過程產生的排放及成本。

破解存在50年的板塊移動之謎

什麼力量驅動着地殼板塊?自從50年前板塊構造理論問世以來，這一直是一個懸而未決的問題。板塊在俯衝帶緩慢下沉到地幔的冷邊緣（cold edges）是否引起了地球表面的運動？還是地幔的對流推動了地殼板塊的運動？對於地質學家來説，這就像是雞生蛋還是蛋生雞的問題：地幔顯然導致了地殼板塊的移動，而地殼板塊又反過來驅動着地幔。近期，巴黎高等師範學院、法國格勒諾布爾大學和羅馬大學的科學家們構建模型，針對這一懸而未決的問題給出了答案。目前，該研究成果已於10月30日在《科學進步》雜誌上發表**[1****]**。

科學家們將地球視為不可分割的單一整體，利用一顆與地球非常相似的虛構行星的演化過程作為參照對象，利用超級計算機進行了長達九個月的計算，重建地球在15億年間的演化過程，得出了一組迄今為止最為全面的模擬結果。研究結果顯示，地球表面三分之二的部分要比底層的地幔移動的要快。換句話説，是地球表面拉動了內部，而其餘三分之一部分的作用則是相反。這種平衡不是一成不變的，而是隨着地質時間的推移而發生改變，例如印度和亞洲之間發生的運動和碰撞，則主要由深部地幔拉動地球表面運動引起的。相反，當一個超大陸分裂時，其運動主要是由地殼板塊下沉到地幔這一過程所驅動的。

除此之外，科學家們表示，此次模擬分析涉及到大量的計算，其中大部分數據仍未被充分利用。對於這些數據的二次開發也許會對地球上很多其他現象，如什麼因素決定火山噴發等問題提供不一樣的見解。

[1] What drives tectonic plates? Nicolas Coltice et al, Science Advances, 2019；DOI: 10.1126/sciadv.aax4295

失敗是個大事！哪些失敗最終會成功？

奧普拉·温弗瑞被解僱了。史蒂文·斯皮爾伯格多次被電影學校拒絕，邁克爾·喬丹也沒有入選高中籃球隊。像這樣的故事激發了關於從失敗中學習並在另一邊變得更強大的激勵咒語。但迄今為止，很少有人研究支持這些軼事，更少有人研究失敗如何導致成功的機制。最近，Nature的一篇文章對此現象進行了研究**[1****]**。

來自西北大學和芝加哥大學的數據科學家研究了三個領域的“失敗動力學”——科學界，企業界和恐怖主義者——發現了失敗與成功是有關係的。研究發現，經過最初的失敗後，研究對象的路徑出現了分叉點，有些人繼續前進最終獲得了成功，有些人繼續失敗直到他們退出。這個分叉點在第二次努力前就已非常明顯。研究發現，個體會選擇哪條路，其實是決定於從前一次失敗中吸取了多少教訓，也就是説人們從前一次失敗中學到的東西決定了這次的道路選擇。

“你如果只關注成功，那麼你將錯失一半的故事。”文章作者之一，西北大學凱洛格商學院組織與管理專業副教授王大順説 ，“在這一點上大數據能幫上忙，我們分析所有的數據，包括成功和失敗，以幫助避免偏差”。

研究人員認為，這個模型能夠幫助組織或者個體從過去的失敗中獲得更多知識，並幫助他們成功。模型也能夠幫助管理人員和政策制定者在促銷、項目管理等方面做得更好。過去，成功往往被解釋為運氣或者是工作精神。但是研究發現這個解釋過於簡化了。成功者的每次成功都是一次迭代，幫助成功者將過去的經驗轉化為對未來行動的調校，這個模式能夠幫助預測各類行動結果。

研究的關鍵洞察是，對過往行動集合的反思有一個閾值，當個體反思和參考過往行動數量越多，那麼接下來的行動效率和質量就會提升，並促使最終的成功。如果個體反思和參考過往行動的數量太少，他們最終會失敗。

文章的第一作者Yin Yian解釋了在閾值附近的微小差異導致了巨大的結果不同。“這有點像零攝氏度左右的水和冰，這個時候提高或者降低一點點温度就會導致根本的不同。”

“這個發現正是傳統智慧所説的‘吃一塹長一智’。” 文章作者之一，西北大學的Wang Yang説，“你從過往的錯誤中學習並在下一次行動中改正，不斷地迭代自己，而不是每次都從零開始。你會更聰明地失敗，並在每一次努力中獲得進步。”

研究人員使用了科學界、企業界和恐怖主義者這三個領域的數據，並且為每個領域的成功做了明確的定義。比如説，在企業界，IPO或鉅額併購/收購就是成功。

“在競爭日益激烈的世界裏，失敗是獲得成功至關重要的因素。”文章作者之一，芝加哥大學社會學教授James Evans説，“我們的研究結果給出了證據，失敗是個大事兒。”

[1] Quantifying the dynamics of failure across science, startups and security. Yian Yin et al, Nature, 2019; doi:10.1038/s41586-019-1725-y.

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