所有自然數之和是-1/12?它在物理學中還有特別的應用?

所有自然數之和是-1/12?它在物理學中還有特別的應用? 前段時間收到一位熱心讀者的郵件。信中提到,如果認定1-1+1-1……=1/2為事實,就會得出1+2+3+……=-1/12這樣難以令人理解的結論。這位讀者所提及的自然數求和問題,恰巧在量子理論和弦理論中都起到頗為重要的作用。從真空的能量,到時空的維度數量,都與自然數之和有著微妙的聯繫。在這個小小的數學魔術裡面,甚至還隱含著時空不連續的秘密。 撰文| 董唯元 數學老師曾告訴我們,只有收斂的級數才能求解無窮項之和,然而在一些科普書中,卻會遇到一個神奇的求和: 所有自然數之和怎麼會是負數,而且還是個分數?這到底是人性的扭曲,還是道德的淪喪? 把對稱軸當作級數和 想要理解這個古怪的結論,我們先來看一個簡單的例子:1, -1, 1, -1, ……這個序列可以求無窮項之和嗎?意大利數學家格蘭迪(Dom Guido Grandi,1671-1742)早在1703年就開始認真琢磨這個問題,可以說,這是所有發散級數求和研究的起點,這個序列後來就被命名為“格蘭迪級數”。 意大利數學家格蘭迪丨圖源:維基百科 也許有小伙伴猜測,這個序列中1和-1的數量既然同樣多,那麼總和就應該等於0。可惜這樣的猜測是錯誤的。無窮集就像個再生能力很強的變形蟲,部分與整體同樣多。我們從序列中拿走任意個1或者-1之後,剩下的1和-1數量仍然相同。如果所剩下的1和-1加和為零的話,那麼豈不是總的求和僅由先取出的1或-1的數量決定——也就是任意整數。這顯然太不靠譜了,看來壓根不能依靠比較1和-1的數量來求和。 還有個辦法,就是藉助收斂的級數尋找線索。我們知道,在|q|

動物有數學概念嗎?幼仔丟了一個,它知道嗎?

動物有數學概念嗎?幼仔丟了一個,它知道嗎? 動物是否有數學概念,是一個非常玄乎的問題。 如果說動物會數學,但是它們不會數數; 如果說動物不會數學,那我們卻經常在電視上看到會做“加減乘除”的動物。 科學家們也一直為證明動物有數學概念而苦惱著。 動物擅長數學的騙局 我們經常在電視上看到,某一種動物能夠熟練應用加減乘除,得出最終結果,結果往往通過叫聲或者其他敲擊聲的數量來展示。 最早的動物數學天才是一匹馬,漢斯。 1891年,德國一名老師開始教漢斯數學,從基本的個位加減開始,漢斯通過馬蹄敲擊次數來給出答案。漸漸地,漢斯的數學能力越來越強,已經能運算更加複雜的題目,包括乘法、除法、兩位數減法。 漢斯的數學能力傳遍整個歐洲,成為當時最熱門的動物明星,為了驗證它的天賦,德國教育委員會對漢斯進行了測試和鑑定。 結果讓人大跌眼鏡,漢斯並不是名副其實的數學天才,它只不過會“察言觀色”罷了。 也就是說,漢斯給出的答案,不是根據題目算出來的,而是通過觀察提問者的動作和表情,例如漢斯敲擊次數接近正確答案的時候,提問者的頭部會略微移動,或者背部會變得很直,當看到這些微動作或者微表情時,漢斯就知道自己可以停止敲擊了。給人一種假象,似乎就是漢斯自己算出來的。 除了馬,狗狗也曾表演過這樣的絕技,但結果是一樣的,狗狗對數學的敏感度並沒有表現得這麼高,它之所以能答對數學題,是因為主人通過一般人聽不到的“犬笛”來提醒和控制狗狗的行為。 動物能區分多少 儘管如此,動物們對數學還是有一定認知的,很多動物能夠知道數目的大小。 獅子就可以通過叫聲來判斷數量的多少。 獅子具有很強領地意識的,英國曾做了一個實驗,實驗中,有5隻母獅子待在一起,此時播放了三隻獅子的吼叫聲,結果這5隻母獅子就朝著吼叫聲的方向衝了過去。 也就是,通過聲音,獅子能區分對方的數量是多還是少,如果數量比自己的團隊少,它們就會進攻。獅子很擅長利用數量來衡量自己的成功機率。 狼也有這樣的能力。 極個別會計數的動物 科學家認為,目前我們還沒有遇到真正會數數的動物,但動物界有很多聰明的物種,通過後天的訓練,還是能完成計數任務。 灰鸚鵡亞歷克斯是動物心理學家訓練了30年的實驗對象,它非常聰明,可以完成前所未有的鳥類技能,包括語言、意識、基礎閱讀和數學。 在不同數量和不同顏色的物體中,例如5個綠色塊、6個綠色塊、4個玫瑰色球和3個玫瑰色球中,當實驗者指著其中一盤問:“多少個玫瑰色球? ”亞歷克斯都能準確回答。 靈長類動物艾,是一隻非常聰明的黑猩猩,經過訓練,它也成為了第一個使用阿拉伯數字的動物,它知道“1”和“2”符號,也能對數字按順序點擊,也就是說它明白數字是連續的,而且有大小之分。 1987年,研究人員還通過實驗證明,黑猩猩能夠計算兩隻碗中巧克力的數量之和(每個碗最多5顆巧克力)。 總的來說,很多動物表現出了超強的數學能力,但它們的數學概念和我們人類是有區別的,動物的數學技能要么是不可複制的,存在於極個別個體中,要么只有籠統的數學概念,不能真正數數。 沒有計數能力的動物,如果它的孩子少了一個,它知道嗎? 可以肯定的是,孩子少了一個,動物是知道的,只是它們確定自己的孩子在不在,不是通過數數,而是通過氣味、叫聲等特徵。 最為明顯的就是寵物狗。 小時候家裡的狗狗生了一窩幼崽,有9只,這個時候,爺爺奶奶總是會將小狗送給別人養。 9隻小狗,每抱走一隻,狗媽媽都會在家裡不停找,甚至悶悶不樂一段時間,可見它是明確知道自己的孩子少了。 但如果孩子實在太多了,超過了動物媽媽的養育能力,此時若是少了一隻兩隻,它是不會察覺的,畢竟動物不會1、2、3的數數來標記。

香蕉是樹還是草?你吃了這麼多年香蕉,真的了解香蕉嗎…

香蕉是樹還是草?你吃了這麼多年香蕉,真的了解香蕉嗎? 香蕉是最為常見的水果之一,即使我們沒有親眼見過它們的生長過程,也知道香蕉是長在高大的“香蕉樹”上的果實,但其實“香蕉樹”只是我們所說的俗語,香蕉其實是草本植物,也就是我們所說的“草”。 香蕉為什麼是草? 在我們的印象裡,草通常是指柔軟、渺小的植物,但其實也有一些草長得非常高大,比如:竹子就是一種草,而最大的竹子巨龍竹最高可長45米,直徑36厘米。 之所以把香蕉和竹子列為草本植物,其實是因為它們更符合草本植物的定義。 首先我們要說一句,草本植物和木本植物並不是生物學上的分類,而是人們將莖質地柔軟,木質部不發達,植物的維管束無法形成層,不能逐年變粗的植物稱之為草本植物;反之將莖質地較硬,維管束能夠形成層,能夠逐漸變粗的植物稱之為木本植物。 草本植物一般比較矮小,這是因為草本植物的主要支持力來自於細胞的膨壓;而木本植物比較高大,原因是它的支持力主要來自厚細胞的纖維組織。 香蕉雖然看上去非常高大,但是香蕉的莖是“假莖”,裡面都是由葉鞘包裹在一起,形成了較強的支持力,因此可以支持它們生長3-4米高。但實際上,香蕉沒有木質化的結構,也沒有木本植物的年輪,如果用鋒利的刀砍的話,可以輕鬆將它砍斷。如果你仔細看被砍斷的莖,會發現香蕉的莖就像是洋蔥一樣一層套著一層,非常容易掰開。 還有,香蕉植物個體雖然比較高大,但是它無法像木本植物一樣逐年膨大。而且商業化種植園中的香蕉基本上是結果子之後就會砍掉,在砍掉的部位處會有許多汁液流出,而真正的木本植物的莖部卻很少有汁液。 香蕉瀕臨滅絕 雖然香蕉在市面上隨處可見,但其實它們屬於瀕危生物。它們屬於瀕危生物的原因在於物種基因多樣化不夠豐富,現如今我們吃到的香蕉都是三倍體,也就是有三條染色體,這將會導致它們在有絲分裂時聯會紊亂,以至於無法發育出具有生殖能力的個體,所以我們吃到的香蕉中都沒有果實,只有果肉。而野生香蕉不僅僅有果肉還有許多果實。 商業化種植的香蕉都屬於無性繁殖的後代,我們知道無性繁殖的優點是子代和親本的基因一模一樣,這將會導致它們的性狀表現也較為一致,比如:成熟期一致,結果率相似等,非常有利於商業種植。但缺點是無性繁殖的後代與親本的基因沒有任何區別,就像是克隆體一樣無論有多少個後代,但它們都是同一株香蕉的分身。 基因完全一致意味著它們抵抗風險的能力較弱,容易滅絕。比如:在19世紀時美國當地有50多億隻旅鴿,雖然個體足夠多,但這些旅鴿的基因多樣性一點兒也不豐富,以至於因為人類的捕殺以及無法適應環境最終滅絕了。 香蕉曾經也發生過一次滅絕事件,現如今我們吃的香蕉主要是華蕉,而在華蕉之前風靡世界的香蕉是大麥克香蕉,但是大麥克香蕉和華蕉一樣也是無性繁殖,結果一場致命傳染病暴發,導致全球大麥克香蕉減產甚至死亡,以至於在此之後人類沒有香蕉可吃。直到華蕉被培育出來之後,人們才又重新吃到了香蕉,但口味已經和大麥克香蕉有所不同了。 現如今,華蕉也因為品種單一,基因多樣性不夠豐富,以至於我們需要找到新的香蕉品種作為替代品,否則一旦華蕉滅絕,我們也將會重新面臨無香蕉可吃的局面。 總結 香蕉是我們最為熟悉也最為陌生的水果之一,它們雖然擁有高大的根莖,但它們卻是草本植物;它們雖然在南方隨處可見且價格低廉,但它們卻是瀕危植物。所以你吃到的香蕉並不是一個普通的水果,而是承載著許多顛覆人們認知的一種植物。

月背為何沒有人去?奇怪“石碑”被發現,玉兔二號正前…

月背為何沒有人去?奇怪“石碑”被發現,玉兔二號正前往調查 “九天攬月”的期望我們早已經實現,月球作為地球唯一的天然衛星,已經陪伴地球46億年之久,對於月球的探測可以說是人類太空探索的首站。同時對於月球形成發展演化的研究,也利於科學家了解太陽系初期的一些秘密。 上個世紀60年代末至70年代初短短的幾年內,NASA進行了密集的載人登月任務,前後共進行了七次,其中阿波羅13號出現故障未能完成載人登月,其餘六次載人登月共有12名宇航員踏上月球表面。如果再加上美國的無人探測器登月以及前蘇聯的無人探測器登月,無一例外全部都是在月球正面。 那麼問題來了,為什麼月球背面沒有人去? 當然這樣說也許有些絕對,因為我國的嫦娥四號探測任務就是人類唯一月背軟著陸的探測器。月球分正反面,主要是因為月球被地球潮汐鎖定,導致只有一面始終正對著地球,而另外一面背對著地球。月球的這兩面表觀上看差別比較明顯,月球正面平坦的月海較多,而月球背面更多的是密密麻麻的撞擊坑。 正因為如此,要想在月球背面登陸難度就會更大一些,其中主要的一點就是通信不順暢,信號容易被阻隔。因此需要提前發射中繼星,用來傳遞信號。例如我國嫦娥四號的中繼星鵲橋號就是先於嫦娥四號發射,並且預先入軌搭設信號通路。 其實對於月球背面的特殊性,以及一些科幻作品的引導,很多人對於月背都有些恐懼和猜測,認為在月球背面有外星文明的基地,它們一直在監視者地球上的人類。當然這只是我們的一廂情願,月球背面也並不神秘,和正面相比只不過要接受更多的天體撞擊。 嫦娥四號附近發現奇怪的“石碑”,玉兔二號已經前往探測 中國探月工程分“繞、落、回”三步走,2020年末嫦娥五號完成了登月並且從月球上取回月岩和月壤樣本,中國探月工程三個小步驟都已經完成,未來可能還要進行載人登月和月球基地建設。嫦娥五號的探測任務複雜但是持續時間短,從地球上發射到月球取樣本再返回,前後共經歷了23天。 而它的“姐姐”嫦娥四號2018年發射登月,到今天已經快要800天,它仍在執行探測任務。嫦娥四號任務結構較多,包括中繼星鵲橋號、著陸器以及月球車,目前三者都在正常運行。尤其是玉兔二號月球車設計壽命是三個月,但目前仍在運行,兩年多在月面上行駛距離已經超過650米。 有的朋友可能感覺這個距離有點近,實際上玉兔二號在月球上的行進速度本來就很慢,並且還要走走停停。月球上同樣有晝夜交替,大約各14天。由於月球晝夜溫差極大,可以達到三百攝氏度,月夜溫度太低,玉兔二號只能休眠來躲過嚴寒,同樣如果月晝溫度過高還要擇機進行“午休”。 2月19日嫦娥四號著陸器和玉兔二號完成第27月晝的探索工作,相繼進入休眠狀態。 在這個月晝的工作期間玉兔二號發現了一個奇怪的“石碑”,類似一個三角錐狀的物體,它突兀地出現在玉兔二號前方。科學家借助玉兔二號攜帶的可見光和近紅外成像光譜儀(VNIS),對這個物體進行遠距離掃描研究,發現這個物體表面棱角細紋較多,並且比周圍的岩石要更加年輕。 科學家推斷這個類似於小石碑的“三角錐狀”物體可能來自於月球之外,或者是其它區域的岩石飛到這裡形成。 雖然月球上接近於絕對真空,沒有風的形成,但是在熱循環以及大量微隕石顆粒的打磨下,露出月面的岩石都比較圓潤,就像是被“盤”過一樣。而此次發現的這個伸出月面的岩石,表面上尚有棱角。科學家認為它的形成歷史比較短,大概率是隕石撞擊月球的碎片飛過來留在此處。 目前玉兔二號已經進入休眠,待第28月晝到來,它將前往進行近距離的觀察研究。 說在最後 玉兔二號所在的位置是月球背面南極附近的一個古老撞擊坑,對這裡的研究有利於科學家了解月球的演化史,進而了解太陽系形成之初的一些秘密。玉兔二號的旅途尚未結束,期待未來它有更多的科學發現。 文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。

曾經稱霸世界,佛郎機砲為何遭淘汰?

曾經稱霸世界,佛郎機砲為何遭淘汰? 作者|冷研作者團隊-寄生蟹子 字數:2004,閱讀時間:約11分鐘 編者按:一提起明清具有代表性的火器,怕是三眼銃、佛朗機和紅夷炮肯定在列。在這三種武器中,佛朗機以其西化的名稱、特殊的結構以及極長的使用年限(抗戰時期,有些地區的敵後抗日武裝還在使用)為很多朋友津津樂道。對於佛朗機的故事大家應該耳熟能詳了,恐怕真論起來比筆者知道的還多,但是我們還是想從更多的角度了解一下這款給中國帶來深遠影響的火砲,也算是個拾遺吧。由於西方對於佛朗機一類的火砲名稱很多,為了行文方便,我們直接用“佛朗機砲”代指。 ▲我們最常見的佛朗機形態 愛好古代軍事的朋友們對於佛朗機的外形應該不陌生,甚至熟悉到了感到無聊的地步。但是基本上我們見到的佛朗機都是安裝在Y型砲架上的,或者說我們見到的佛朗機是以輕型的為主。至於重型佛朗機砲,很多材料提到因為當時技術所限,氣密性不好,射程和威力不如前裝炮,最終被淘汰。不過事情真的這麼簡單嗎? ▲日本的銅製“國崩”其實就是一種重型佛朗機,所謂“國崩,崩人之國也” 歐洲佛朗機最早的樣式應該是鍛鐵炮,砲管是用鍛鐵拼接成的,而後在砲身上加箍,製成砲管,砲管直接安裝在木架上,木架後部有空間容納子炮。後來隨著技術進步,砲管採用鐵片或者薄鐵板捲制,採用金屬製造的肩形框也代替了木製砲架的凹槽,成為裝嵌子銃的彈藥室,火砲的體積也得以縮小,砲架也得以簡化,並且性能更加優良,這也就是我們最常見的佛朗機。這種佛朗機的製作過程網絡上有視頻。後來又出現了整體鑄造式的佛朗機,砲管和彈藥室一體成型。但是總體上來說,歐洲的佛朗機砲發展趨勢是逐步輕量化。 ▲佛朗機銃的大體演進,某種程度上說,佛朗機在歐洲是逐步輕量化 那麼歐洲重型的佛朗機銃是什麼樣的呢? 1545年英國大型戰艦“瑪麗羅斯號”沉沒,在後來的打撈過程中考古學家打撈上了部分重型佛朗機砲,我們也可以直觀的了解到重型佛朗機砲的樣式。 ▲從“瑪麗羅斯”號遺址打撈上來的重型佛朗機砲 ▲“瑪麗羅斯”號上展出的另一門16世紀早期重型佛朗機,旁邊還有一門青銅製長炮,明代仿製後稱為“發熕”,但是這種火砲當時造價昂貴,而且砲膛內部的光滑程度也不比17-18世紀的重型佛朗機砲有優勢隨著前裝炮質量逐步提高,佛朗機砲的劣勢就比較明顯了。和一般想像的情況不同,佛朗機砲並不完全是因為氣密性不好而被淘汰的。當時想起高氣密性也不是沒有辦法,因為銅就是很好的密封材料,現代很多砲彈的彈帶就是銅的。其實問題在於,由於前膛砲是由整個砲身承擔膛壓,因此只要加厚砲身,就可以實現裝藥量增強,再設法減小遊隙,就可以在發射藥性能不變的情況提高射程;但是佛朗機砲的膛壓是完全由子銃承擔的,如果要提高射程,增加威力,那就必須增加子銃的厚度和長度,這勢必增加子銃的重量,最終導致佛朗機引以為傲的射速優勢喪失;某種意義上說,子銃也是一個前膛砲,如果增大子銃威力,為什麼不直接發展重型前膛砲呢? ▲帶木製砲架的重型佛朗機砲 所以說,佛朗機的後裝結構其實是由於當時鑄造技術不成熟,直接鑄造大型前裝炮有困難而採取的權宜之計,但是由於現代火砲以後裝為主,才導致了我們對於佛朗機砲的某種性能先進的錯覺。 ▲《神器譜》中繪製的百子佛朗機 另外說句題外的,趙士楨在萬曆二十六年(1598年)寫成的《神器譜》中介紹了一種叫做百子佛朗機的火砲,這種炮非常像瑪麗羅斯號上裝備的重型鍛鐵炮,而根據該書記載,百子佛朗機“一如舊制佛朗機,但加長加厚。下用一床,以堅木製架”。其書中所云該炮和舊式佛朗機類似,說明這樣帶木製砲架的佛朗機明軍應該早有裝備,在此筆者做大膽猜想,1522年屯門海戰時,如果明軍沒有獲得這種重型佛朗機的話,至少也應該見過這種重型佛朗機。其實類似的重型佛朗機在當時的歐洲已經不算是先進裝備了,葡萄牙殖民者帶著這種火砲出海,也應該講得通的。 ▲歐洲帶有精美配飾的雙管佛朗機砲 總之,佛朗機砲作為一種曾經被廣泛使用的管型火器,雖然技術不夠先進,但是在東西各國其實都得到了很大的發展。西方製造了各種不同類型的佛朗機砲,甚至還出現了雙管和多管佛朗機砲;中國也將火槍結構改為佛朗機樣式,成為掣電銃,但是在前膛製造技術成熟後,這些早期的後裝火砲就很自然地被淘汰了,畢竟,追求更大威力式武器發展的一貫目標。本文系冷兵器研究所原創稿件。主編原廓、作者寄生蟹子,任何媒體或者公眾號未經書面授權不得轉載,違者將追究法律責任。部分圖片來源網絡,如有版權問題,請與我們聯繫。

把10隻流浪藏獒放在非洲草原上,它們能繼續囂張下去嗎…

把10隻流浪藏獒放在非洲草原上,它們能繼續囂張下去嗎? 藏獒原本屬於高原生物,生活在海拔5000米以上的青藏高原地區,是藏區牧民放牧時用於保護牲畜的工具,也是牧民最重要的資產之一。但由於前些年人們過度神話藏獒,利用各種手段炒作藏獒,導致藏獒的身價倍增。當藏獒價格泡沫被戳破之後,藏獒又被人們隨意丟棄到野外。 由於極強的攻擊力,以及群居的生活習性,導致流浪藏獒逐漸成為青藏高原地區的新勢力,威脅雪豹、猞猁、藏熊等多種原生物種。 那麼問題來了,如果把10隻流浪藏獒放到非洲草原上,它們能在獅子、斑鬣狗等眾多食肉動物的圍攻之下存活下去嗎? 非洲氣候 雖然藏獒也是兇猛的掠食者,但由於和人類生活的時間比較久,它們的主要職責已經從自己狩獵變成了看護牲畜的工作犬。它們能夠擊退狼,趕走雪豹等威脅牲畜的食肉動物,但它們在自己狩獵時卻不如這些動物高效,尤其是在非洲草原上。 首先我們知道,非洲草原上位於赤道附近,溫度較高。再加上這里海拔較高,常年受赤道低壓統治,以至於這裡降雨較少,炎熱少雨的氣候形成了當地熱帶草原景觀。 較高的溫度不利於藏獒的生活,這是因為藏獒在青藏高原地區進化的時間足夠久,已經適應了當地的氣候,它們厚厚的毛髮能夠抵禦零下20多攝氏度的低溫,而非洲地區的溫度平均氣溫在24 °C~30 °C之間。 想要在高溫環境下狩獵,需要演化出相應的散熱技能,否則就會因體溫過熱而死亡。比如:獵豹雖然奔跑速度足夠快,但它們只能維持1分鐘左右的全力追擊,否則就會因體溫過高而倒地。藏獒厚厚的皮毛無疑會導致難以散熱,以至於無法全力追擊獵物,只能依靠伏擊以及團隊作戰的方式來狩獵。 草原地區和森林不同的是,草原植被矮小,同時食草動物喜歡群居生存,這就導致一旦其中一頭髮現了天敵,就會相互通知使得捕獵者難以偷襲,所以藏獒只能和斑鬣狗、獅子一樣依靠團隊作戰的方式來狩獵。 藏獒的狩獵 在非洲草原上,依靠團隊狩獵的食肉動物一般會狩獵大型食草動物,這是因為團隊人多狩獵小型生物不夠吃,只有大型動物才能滿足它們的需求。 狩獵大型動物有兩種方式,一種是像斑鬣狗一樣通過長途追擊的方式,將動物累倒,然後斑鬣狗再從容地掏肛,而不擔心獵物反抗。還有一種是像獅子一樣通過鎖喉的方式將動物殺死,然後再慢悠悠地進食。 由於藏獒難以散熱,所以它們無法像斑鬣狗一樣長途追擊獵物,只能像獅子一樣鎖喉殺死獵物,但問題是,藏獒能通過鎖喉殺死獵物嗎? 藏獒的體重大約在36-50千克左右,咬合力說法差別很大,有些資料顯示是85千克,有些資料顯示是150千克。而斑鬣狗的體重在40-65千克,咬合力大約是450千克;雌獅的體重大約是85-182千克,雄獅的體重大約是138-275千克,咬合力大約是311千克。 從身體素質條件來看,藏獒的實力不如斑鬣狗,而斑鬣狗都無法鎖喉殺死獵物,更不用說是藏獒。 所以藏獒如果到了非洲草原上,將很難自己捕獵,要想生存下去,只能淪為食腐動物或者是搶奪他人的獵物,比如:搶奪獵豹的食物,獵豹屬於獨居生物,主要依賴爆發力捕食獵物,但在捕食獵物成功之後獵豹將難以有戰鬥力繼續戰鬥,此時是它們最為虛弱的時候,如果趁此時搶奪獵豹的獵物,成功率非常高。 但問題是,獵豹也知道自己的缺陷,所以它們在捕食成功之後就會將獵物拖到樹上,慢悠悠地進食。 而藏獒的實力又不允許它們搶奪斑鬣狗或者是獅子的獵物,以至於它們只能淪為食腐動物。但是食腐動物也是有條件的,那就是胃酸足夠強,體內抗體能夠抵抗腐肉中的生物毒素,如果身體素質不強,那麼腐肉中的微生物以及生物毒素將可能會導致它們死亡。 所以如果把10只藏獒放在非洲草原上,等待它們的不一定是天堂,更有可能是無法捕獲到獵物而死亡。 總結 流浪藏獒雖然在青藏高原欺負雪豹,驅趕棕熊、攻擊猞猁,但一旦離開特定的環境,它們也將會淪為弱勢生物,大自然對它們就是這麼殘酷。

為什么生物非要進化出“性”?

為什么生物非要進化出“性”? 地球上多細胞生命的生殖方式基本上都採用了有性生殖,這個比例占到了99%,尤其是我們常見的宏觀生物、高等生物,例如鳥類、昆蟲、哺乳動物等等,都是通過兩性生殖細胞的結合來產生新的後代。 今天有性生殖已經被我們習以為常,但是地球生命開始的時候,乃至生命在地球上進化了30億年,當時所有的生命都採用的是無性生殖,這種生殖方式不需要兩性的參與,而是簡單的分裂複製自己,產生一個和自己基因完全一樣的新個體。 有性生殖是後來在漫長的進化中才出現的,逐漸被絕大多數的生命所選​​擇。 更為奇怪的是,雖然現在大部分的生物都選擇了有性生殖,但是無性生殖的方式並沒有被完全淘汰,一些簡單的單細胞生命現在依舊只能無性生殖,而且在一些爬行動物的身上依舊保留著兩種生殖方式,它們既可以進行無性生殖,也可以進行有性生殖。 多數生命選擇了有性生殖這說明有性生殖總體來說要好於無性生殖,但無性生殖並沒有被徹底淘汰,這又說明了無性生殖在某些特定的條件下要優於有性生殖。 關於有性生殖是如何在生命進化中出現的?何時出現的?由於這方面的化石證據十分的稀少,因此有性生殖的起源一直都是科學界的一個謎題。 但科學家也從理論上解釋了為什麼會生物之間會出現“性”? 現在地球上絕大多數的生物都把大部分時間、精力、能量都花費在了兩性之間的繁殖行為上,它們竭盡全力、不惜付出所有都要獲得配偶、獲得交配權。 例如鳥類雄性不惜被天敵發現,也要耗費能量把自己進化得五顏六色,還要花費大量的精力用各種五顏六色的材料來裝扮自己的巢穴,這樣做都是為了吸引雌性。 人類雄性不惜花費重金彩禮、裝扮自己的房子來獲得女性的青睞;即使是花朵產生的香氣,它們也是為了吸引昆蟲來為自己傳播花粉。 這些都是非常耗費能量和時間的行為,而且有性生殖還有一個更為嚴重的代價,雌雄個體只能傳遞自己一半的基因,也就是說產生的後代基因只有親一代一方的一半; 這對基因遺傳來說是一個巨大的損失和犧牲。 而在有性生殖之前,所有的生物都是無性生殖,也就是簡單的細胞分裂,一變二、二變四,且能完整地遺傳自己的整套基因。 並且無性生殖不需要浪費能量,也省去了麻煩的求偶過程,且繁殖的速度快,在時間和地點上都沒有嚴格的限制。 那麼為什麼大部分的生物最後都選擇了一條漫長而曲折的有性繁殖路線,而不是一條簡單的複制自己的路線? 這只能說明有性生殖有了非常大的優勢,這些優勢蓋過了它所有的劣勢。 首先有性生殖通過兩套基因的自由重組,所產生出來的所有後代它們都具有不同的性狀,也就是說,你的兄弟姐妹雖然跟你一樣都來自你的父母,但是你們擁有不同的基因組成,外觀並不一樣,行為、智商都有很大的差異。 因此有性生殖可以加大後代的多樣性,使得後代能夠更好地適應環境的變化,雖然有性生殖產生後代慢,但是產生出來的後代卻更加的優秀。 而且有性生殖在基因重組的過程中,發生錯誤的機率比較高,也就是基因突變,這些突變有好有壞,壞的就會被環境淘汰,好的就會被保留下來,因此有性生殖可以加快生物的進化以及分化,可以產生出更多的物種。 這就是為什麼地球上的生物進行了30多億年的無性繁殖,一直都是簡單的單細胞生命,或者是一些稍微複雜一點的多細胞生命,總體上來看,生命還比較原始。 但是當十幾億年前出現了有性繁殖以後,地球上的生物就加快了進化的過程,生命的形式也慢慢地複雜了起來,物種數量也逐漸的多了起來。 有性生殖還使得個體之間的基因可以發生交流,例如在一個個體中產生了有利於生存的基因,那麼這個基因就可以通過有性生殖的方式在整個種群當中慢慢的擴散開來;隨著時間的推移,好的基因慢慢的累積,就會使得後代更加的適應環境變化。 而無性生殖就算個體中產生了有利的基因突變,也會因為沒有基因的交流而消失,阻礙了生物的進化。 正是因為這樣,在環境惡劣的時候,當生物生存面臨巨大壓力的時候,首先出現有性生殖的生命就會獲得巨大的優勢。 如果沒有有性生殖,那麼地球上的生命根本就進化不到今天我們看到的模樣,還會一直停留在簡單的單細胞形式的生命體。 由於無性生殖也可以繁殖後代,而且簡單、省事、速度快,最主要的是當生物生存的環境適宜的時候,這種方式具有一定的優勢。 因此即使到了今天,地球上一些生命依然採用無性生殖,粗暴地複制自己,例如細菌、病毒,還有一些低等生物,例如酵母,蝸牛,海星和蚜蟲等等,還有一些爬行動物,它們保留了兩種繁殖方式; 在野外當找不到雄性的時候,當環境壓力不大的時候,雌性就可以進行孤雌生殖,不需要雄性的參與,當環境有壓力的時候,它們就會採用有性生殖的方式。 所以科學家認為,有性生殖的出現是生物面臨環境壓力,所進化出來的一種特有的應對策略,以增強後代的競爭力,生存能力。 那麼有性生殖是什麼時候開始的?哪種生物最先進行有性生殖? 這種事情我們無法通過理論去推測,只能找化石證據,有關有性繁殖我們可以找到最早的一個原始魚類的化石證據。 化石是在蘇格蘭3.85億年前的岩石中發現的,這種原始的魚類是盾皮魚綱的小肢魚,它們是目前我們所知最早的性別二態性的物種,也就是雌雄個體在外觀上看起來不一樣,也是最早的通過內部受精繁殖的脊椎動物。 但有性生殖的起源要比這條魚早的多,大約在12億年前,這個時候動物和植物還沒有分化,海洋中生物也只是簡單的單細胞和多細胞生物。 生物學家在加拿大北極地區的岩石沉積物當中發現了12億年前的化石,其中記錄了地球生物最早的有性生殖。 這種生物叫Bangiomorpha pubescens,它不是魚、也不是動物,而是一种红藻,屬於多細胞生物,它們我們所知地球上最早進行有性生殖的生物。 現在地球上依舊有很多的紅藻,它們是最大、最古老的藻類之一,大約有5000到6000種,在過去的12億年裡,它們一直保持原有的外觀沒有發生變化,它們也成為了有性生殖最早的活化石。

武警、特警和特種部隊有什麼區別?分別在什麼情況下出…

武警、特警和特種部隊有什麼區別?分別在什麼情況下出動? 對於普通人而言,關於武警、特警以及特種部隊的認知其實是很模糊的,他們是不是一個直屬單位,執行任務又是不是如出一轍?這樣的問題都很困擾我們。今天我們就來大致地了解一下,武警、特警以及特種部隊,他們有哪些不同,又如何區分。 非常負責任地講一句話:事實上,因為體制、編制以及執行任務方面的不同,武警與特警還有特種部隊,他們是完全不一樣的,甚至不能放在一起來相提並論。這可能會打破很多人內心的疑問:怎麼會這樣呢?明明都是為人民服務的呀。 確實,你說得沒錯,但他們為人民服務的內容有所劃分。我們要一點一點來講,先說他們的體制問題吧,武警是非常好理解的,他們就是國家武裝力量的一部分。相信有些人將他們當成了警察,事實上,他們是武裝力量之一,為現役軍人,只受命於黨中央軍委的領導。 而特警呢?這才是警察成員中的一部分,他們屬於公安部門的直接領導,與警察為“一家”,只不過因為所屬的性質不一樣,所以在執行任務的時候稍有區別。至於他們執行什麼任務,我們後面再講。 最後是特種部隊,這個一聽名字就容易理解了,他們也是現役軍人,與武警有著相似的地方:屬國家武裝力量之一,聽命於中央軍委。看看,同樣是一個部門的,可因為與武警有著不同任務在身,所以他們變得就不一樣了。 那麼在編制上這三個警種又該如何來區分呢?也很簡單。前面說過了,特警為公安部門的力量之一,他們是沒有軍隊編制,只是公安部門的一個警種。 如此便能輕易地區分出來:特警與武警和特種部隊本身就不一樣。 而武警和特種部隊又是一種什麼編制呢? 先看武警,它是軍內兵種之一。通常情況下,軍內兵種可分為內衛、機動、海警三個警種,其編制就屬於突發事件“滅火員”的樣子。而特種部隊,他也是軍內兵種之一,但他不只是聽起來神秘莫測,事實上也真的是很多人見不到的。當然,在電視裡你肯定能見到,什麼特戰營、獵鷹等,這些就屬於特種部隊了。 當然,三個警種因為身份不同,所著服裝也是有區別的。 接下來就是他們執行任務的不同了,特警身為公安部門的強大武裝力量,自然是要執行相對困難一些的任務了。比如民事中的特殊案件、持械鬥毆事件、劫持人質事件、相對惡劣事件。總之,那些普通警察沒辦法來處理的,都由特警來處理,是專業的處理大事件警察。 武警呢?全稱中國人民武裝警察部隊,其主要的任務包括反恐、維穩、搶險救災、海上維權、處突,以及駐外使領館警衛等。一句話說吧,武警的任務是非常重的,國內安全都由他們負責,但他們的編制並不大。 據說早期他們是公安部隊的力量之後,還是後來才縮編到正規部隊的。現在全國總武警總人力約120萬的樣子,起到補充普通警察力量之不足的作用。 至於特種部隊,他就比較厲害了,國內反恐也需要他們,海陸空火箭支援也需要他們,偵查、突擊、斬首、滲透,這些特別任務都是他們的事。 他們是中國解放軍中的一員,所擔負的責任便是整個國家的安全,一切普通兵力沒辦法解決的事件,肯定都需要特別部隊的介入。正因為如此,特種部隊的編制非常龐大,各種“特戰旅”、“特戰營”、“獵鷹隊”、“雪豹隊”等都是由特種部隊組成的。 假如要想通過肉眼來識別這些警種的不同,那就要從其製服上來區分了。 特警通常穿著黑色作戰服,而武警則以迷彩服為主。看看他們的警銜還是可以分得開的,特警的警銜為角花,警徽是銀白色,肩章多為黑色,但特別部隊的肩章卻多為紅色。武警的軍銜就是金星了,領章與帽飾也是金黃色的,很是漂亮。 其實,對於武、特、特部來講,他們本身的職責已經決定了各自的不同。特警作為公安部門的“利劍”,是一支脫離了部隊身份的人民衛士,而武警與特種部隊則是在軍隊基礎上的職責分化,他們將原本指向戰爭的國家安全問題,細緻到了人民外部、內部。也正是因為如此,他們才會有不同行業範圍內的武警及特種部隊。 一言以蔽之,特警、武警與特種部隊只不過是所屬單位上的不同,但如果從更高處著眼,他們則是一個性質的警種,因為人民的安全就是他們的責任,而他們則是被分到了各個不同地方、行業、以及編制的警種。 所謂軍民一家,警民也是如此,我們以樂趣來了解他們的各自不同也就夠了,至於他們內部細緻的地方,真的沒必要去探索。

為了保護八隻蒼蠅?醫院拆了一棟樓,損失400萬美元

為了保護八隻蒼蠅?醫院拆了一棟樓,損失400萬美元 如果滅霸打個響指,地球上就能消失一個物種,請問各位會選擇哪個物種消失?答案一定是蚊子,那麼第二種呢,必定是蒼蠅,但在2010年,加利福尼亞州聖貝納迪諾縣為了保護8只蒼蠅,醫院拆了一棟樓,損失超過400萬美元! 到底是什麼情況,為保護8只蒼蠅損失400萬美元? 網上有一個流傳保護8只蒼蠅的故事,大概是這樣說的: 美國加州洛杉磯以西的聖博那丁諾縣的德里沙丘地區,生長著一種“採花蒼蠅”,它身長25毫米左右,像蜜蜂那樣在鮮花上停留採蜜,但這種神奇的“採花蒼蠅”僅存八隻,是一種瀕臨滅絕的保護動物! 聖博那丁諾縣需要新建一所現代化醫院,而聯邦政府經過調查後,要求拆除醫院西樓,原因是西樓可能會破壞“採花蒼蠅”的生存環境,而拆除西樓重建需多花四百萬美元。院方提起訴訟,但最後被判決拆除,為了不使“採花蒼蠅”滅絕,花再多的錢也值得。 一個非常感人的生態環境保護故事,尤其是8只蒼蠅,400萬美元,每隻蒼蠅代價高達50萬美元,這個代價是巨大的,但回報呢?避免了一個物種的滅絕,美國在物種保護上做到了極致,而這個故事則廣為流傳!那麼事實上真的是這樣嗎? 醫院真的拆了一棟樓嗎?事實究竟如何? 種花家翻了很多資料,確認這個事情確實是存在的,這種“採花蒼蠅”名為德里金沙愛花蠅,棲息地位於科爾頓到加利福尼亞安大略大約100平方公里的長條形特殊土壤-德里沙丘上,因為德里金沙愛花蠅需要在蓬鬆的沙土中產卵,並且完成繁殖。 科爾頓到加利福尼亞安大略之間的區域 德里金沙愛花蠅是一種完全變態的昆蟲,會經歷蟲卵、幼蟲和成蟲階段,幼蟲期可達兩年,除了成蟲以外,大部分時間都在地下度過,這和蟬有些類似,成蟲在夏末會鑽出地面繁殖,而德里沙丘是它們最合適的繁殖地,因此這裡的環境變化對德里金沙愛花蠅來說很重要! 德里金沙愛花蠅的體型比較大,長達2.5厘米,也算是一種大型昆蟲,與其他蒼蠅不一樣的是它們有一個長長的管狀口器,主要用於吸食花蜜,當然在吸食花蜜的同時也會傳播花粉,所以蟲媒花就是這麼來的,蟲媒不只是包括蜜蜂,還有很多其他昆蟲。 棲息地大幅減少,德里金沙愛花蠅這個亞種僅存於這片區域,儘管早先有100平方公里面積,但這裡已經大部分都被開發住宅和商業發展,還有農業和採砂以及垃圾傾倒與高速公路等,到上世紀九十年代時,只剩下2~3平方公里的土地沒有開發! 德里金沙愛花蠅在1993年9月23日時就已經被美國魚類和野生動物管理局緊急列入名錄,當時新聞機構和國會議員喬·巴卡就曾以極其不屑的態度諷刺了這一名錄,因為居然有蒼蠅在列! 醫院的事實存在嗎? 種花家查了相關資料,發現《華盛頓郵報》曾在1997年4月4日有過一篇關於德里金沙愛花蠅的報導,大概意思如下: 聯邦當局為了保護這種德里金沙愛花蠅,要求聖貝納迪諾縣的新醫院移動大約75米左右,為這種蒼蠅保留大約幾英畝的沙地,讓它們有一個可以繁育的地方,並且還為蒼蠅們建立了一個蒼蠅走廊,讓它們可以通過走廊遷移到附近的沙丘上。 現在的10號洲際公路沿線的醫院旁,有一塊鐵絲網圍欄保護的土地,外面掛著“禁止擅自進入”的標牌,裡面就是保留出來的蒼蠅保護地,為了這個工程,聖貝納迪諾縣的新醫院為此增加成本將近400萬美元。 到底是多少只蒼蠅? 八隻蒼蠅,幾乎能查到的所有中文資料中都是八隻,但仔細想想也不可能,種花家翻遍華盛頓郵報的報導,也沒有翻到確切說的八隻,只有一個描述很接近8只! 只剩下很少的蒼蠅,它們可以在某些區域單獨計數。 這里八點。 一百個。 最後描述的是蒼蠅已經所剩無幾,在某些區域甚至可以單獨數清楚,這裡8只,那裡100只,因此有人在翻譯成中文時,不知道是英文太差還是故意,將隨口的7- 8只直接斷章取義,最後以8只蒼蠅震撼性的標題出現了。 另外拆樓的事情不存在,因為這是一個新造的醫院,在華盛頓郵報文章以及其他媒體的報導中都沒有拆樓這個過程,不過有說明醫院重新設計了停車場,屬於微調,那400萬美元損失不知道是怎麼算出來的! 醫院周圍的地圖 也許和聯邦政府對簿公堂的時間損失也被計算在了內,還有設計更改費用以及蒼蠅保護地的費用,另外土地更改後還有私有土地的業主購買的費用,華盛頓郵報中並沒有相關清單,只是種花家的猜測而已。 毋庸置疑,美國人確實保護蒼蠅了,而且還花了400萬美元,不過卻不是八隻蒼蠅,而是一群難以計算數量的蒼蠅,不過目測來說這個種群也確實已經不多了!

你被這個經典中學物理實驗騙了多少年?牛頓的棺材板真…

你被這個經典中學物理實驗騙了多少年?牛頓的棺材板真的壓不住了 撰文| 七君 大家在中學的時候學過,牛頓利用棱鏡發現了光的色散,證明白光是由不同顏色的光合成的。為了讓同學們加深印象,老師也會用三棱鏡做實驗。實驗器材通常是這樣的—— 許多老師會介紹,白光經過三棱鏡發生色散變成七色光,畫成圖是這樣的—— 圖片來源:wikipedia 老師會繼續介紹,七色光若原路返回,就能再次合體成白光。那麼怎麼原路返回呢?在後面加一個倒轉的一模一樣的棱鏡就可以了嘛。 許多教科書和教輔中關於牛頓合成白光的錯誤演示。圖片來源:(DOI)10.1119/1.5018680 看起來是不是很熟悉且沒毛病?實際上,這套器材和這種解釋完全是錯誤的。牛頓也根本不是這樣合成白光的。在國外的知名大學教材以及期刊論文中,這種錯誤也在不斷重複。今天我們就來了解一下,這個經典中學實驗到底錯在哪裡。 事情要從300多年前說起。在牛頓的年代,人們認為白光是某種單色光,其他的光是在白光的基礎上產生的。 當時,關於光的顏色的盛行理論是笛卡爾提出的。笛卡爾認為,光的顏色來自於發光體和人眼之間的介質,和光源無關,光的色彩不是光自帶的特徵。 當時還默默無聞的牛頓並不相信這種說法。牛頓一開始注意到笛卡爾理論的問題是因為觀察到了這個現象:把一束圓形的光射到三棱鏡上時,三棱鏡背後沒有出現圓形的圖像,而出現了一個長條的光譜。 我們在中學學過,光從空氣射入其他介質後會發生折射,這是斯涅爾定律(Snell’s law)。在牛頓的時代,斯涅爾定律已經被發現了。 斯涅爾定律(Snell’s law)。圖片來源:Wikipedia 按照折射的原理,以及笛卡爾的理論,圓形光束經過三棱鏡後應該形成圓形或橢圓形的光斑,這個長條光譜是無法解釋的。因此他認為一定是笛卡爾的理論出錯了。 但是,他也不能確信七色光是不是不同的光,因此他又做了另一個實驗。在第一個三棱鏡後,他加了一片挖了一個小圓洞的紙,利用這個圓洞,他就能捕捉彩色光帶中的任意光束。 靈魂畫師牛頓繪製的實驗裝置。圖片來源:(DOI)10.1098/rsta.2014.0213 翻譯一下大觸牛頓的意思—— 接著,他讓不同的色光分別再通過三棱鏡折射一次,然後計算不同色光的折射率。通過這個實驗,他發現不同色光的折射率不同而且保持恆定,這才讓他確信,這些七色光的性質是不同的,因此白光確實不是一種光,而是由不同的光構成的。 但是,在連三棱鏡都沒有普及的17世紀,這一番推理並不能說服所有人。要證明白光確實由七色光構成,最好的辦法就是把七色光合成白光。 牛頓發現,如果在三棱鏡後放一個凸透鏡,根據凸透鏡聚焦的性質,在凸透鏡的焦點,所有的光被匯聚在一起。果然,在焦點處,我們又看到了白光。 不過在非焦點的地方,七色光並沒有聚成白光。 為了製造一致的合成白光,在這個基礎上,牛頓設計了這個裝置—— 牛頓合成白光的裝置,你可以在牛津大學的網站上查看原文:www.newtonproject.ox.ac.uk/view/texts/normalized/NATP00034 它的實操效果—— 這才是牛頓合成白光的正牌實驗裝置,發表在他在1704年出版的《光學》中,這也是不少教科書出錯的地方了。 那麼問題來了,我們在做實驗的時候,用兩個三棱鏡近距離疊在一起時確實出現了白光啊,這又是怎麼回事? 實際上,麻省理工學院在2013年公佈的一期教學視頻中也指出了這個問題。 大家可以看到,如果把兩個三棱鏡靠得比較近,肉眼看來,七色光重新合成了白光。但事實上,這是因為兩個三棱鏡之間的距離比較近,白光色散程度不高。 如果把三棱鏡之間的距離拉遠,就可以明顯看到,白光穿過兩個三棱鏡後,還是色散了。 如果只用紅綠藍三色光來重複這個實驗,效果就更明顯了。實際上,按照兩個三棱鏡的設置,真實的光路是這樣的—— 圖片來源:(DOI)10.1119/1.5018680 這個問題曾被少數國內物理教育者指出。 2005年,河北大學的物理學者王紹符發表在《物理通報》上的一篇文章就專門批判了雙三棱鏡合成白光的說法。 實際上,雖然在按照教育部2011年修訂的《義務教育物理課程標準》編寫的《人教版八年級上》中並沒有涉及如何用三棱鏡合成白光的問題,但是“雙三棱鏡色散與復合實驗”已被編入《中華人民共和國教育行業標準JY/T 0406-2010》。王紹符後來指出,有多家教學儀器廠根據這個標準製作了錯誤的儀器。 某寶上找到的典型的白光的色散和合成裝置。 《中華人民共和國教育行業標準JY/T 0406-2010》對光的色散和合成實驗是這樣解釋的:用兩個完全相同的,頂角為60度的玻璃三棱鏡,用白熾燈作光源。讓光束通過一塊三棱鏡後投射到光屏上。視覺正常的人至少能分辨出光譜帶中的紅、黃、藍、綠、紫五種顏色。然後把另一個三棱鏡置於第一塊三棱鏡後的出射光路中,目測光屏上的七色光譜帶能否還原成白光。 但是直到現在,在大型購物網站上買到的光的色散和復合實驗儀器都是錯誤的那一款,而且還會標註《中華人民共和國教育行業標準JY/T 0406-2010》中的對應編號25008 。 甚至人民教育出版社網站上的同步學習資源中給的圖也是錯的。 圖片來源:old.pep.com.cn/czwl/xszx/tbxx/sy/sy8s/sy8s2/201008/t20100824_719804.htm 渣弟愛腐的中考輔導網頁上也原樣複製黏貼了人民教育出版社的上述資料(見zhongkao.xdf.cn/cewl/201212/9232394.html)。 2015年,發表在《中國科學報》上的一篇名為“牛頓的三棱鏡實驗的”科普文章還在強調牛頓用的兩塊三棱鏡。 圖片來源:news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2015/1/296274.shtm 在國外的一些頂級學府的教學資料以及期刊中,這個錯誤也頻繁出現。 比如在馬里蘭大學的在線物理教學資料、印度頂級學府印度理工學院的2012年版的教材中就出現了這個錯誤。多倫多大學的教學網站上,甚至把這個錯誤的實驗設置歸到牛頓頭上。在一些學術期刊中這個錯誤也時不時浮現。這些錯誤在發稿時還沒有更正。 馬里蘭大學物理系網頁上關於光的合成的實驗設置。圖片來源:lecdem.physics.umd.edu/n/n1/n1-21.html 這些教材和教師在教授這個知識點的時候,可能受到了“光路可逆”思想的影響,認為被散射的光在通過另一個鏡像的三棱鏡後,會按鏡像的線路合併成白光。可是,在雙三棱鏡的設定中,光路並不可逆啊,老師們。 牛頓:一塊棱鏡使你變成天才,兩塊棱鏡使你變成兲才。 本文經授權轉載自微信公眾號“把科學帶回家”。無標註圖片來源網絡。參考資料儲存於石墨:https://shimo.im/docs/JQXxHhPGGX8gxRtW/