史蒂芬霍金(几乎)最后一篇论文:结束宇宙的开端

史蒂芬霍金(几乎)最后一篇论文:结束宇宙的开端

在他关于宇宙学的最后一篇论文中,斯蒂芬霍金和一位年轻的同事攻击了宇宙膨胀及其不满。

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史蒂芬霍金(几乎)最后一篇论文:结束宇宙的开端

当斯蒂芬霍金 ,这位着名的理论物理学家仍在撰写一些论文。 今天,“ 高能物理学报”发表的 - 关于宇宙是如何形成和进化的科学。 (关于黑洞的其他论文仍在准备中。)在新论文中,霍金和比利时鲁汶天主教大学(KU)的理论物理学家托马斯赫托格试图在一个叫做永恒膨胀的奇怪概念中坚持下去,根据一些物理学家的说法,这意味着 - 不可避免地 - 我们的宇宙只是多元宇宙中无数的宇宙中的一个。 借用弦理论中的一个概念,霍金和赫托格认为没有永恒的通货膨胀,只有一个宇宙。 但他们正在推动的是更为基本的东西:他们声称我们的宇宙从来没有一个独特的创造时刻。

论证如何运作? 跟随其缠绕线到结束。

让我们 从基础开始:什么是宇宙膨胀?

宇宙膨胀是一个巨大的增长突破,据说可以在第一个最小的一秒钟内拉伸婴儿宇宙。 美国理论家艾伦·古斯(Alan Guth)在1979年梦想,通货膨胀认为,在大爆炸之后,空间呈指数级增长,一次又一次地将宇宙的大小翻倍至少60倍,然后急剧减速。

为什么宇宙学家会相信某些奇怪的东西?

通货膨胀解决了一个难题:为什么宇宙如此均匀? 例如,空间充满了从大爆炸,宇宙微波背景(CMB)挥之不去的辐射。 它在天空中到处都有几乎完全相同的温度。 这是奇怪的,因为在宇宙已经存在的138亿年中,由于广泛分离的点乍一看似乎距离太远,因为任何影响都不会从一个到另一个。 通货膨胀通过暗示天空中的所有点开始足够接近相互作用来解决这个难题,然后被拉得很远。

所有通货膨胀都有吗?

具有讽刺意味的是,通货膨胀在解释宇宙不完全统一的原因方面也做得很好。 显然,太空充满了星系。 根据该理论,通货膨胀在最初的时刻延伸到河外大小的无限小量子波动。 然后波动产生了致密星系形成的基本粒子密集汤的变化。 通货膨胀预测了更长和更短波动的特定范围。 引人注目的是,对CMB和星系的研究证实了这种分布。

史蒂芬霍金(几乎)最后一篇论文:结束宇宙的开端

宇宙膨胀假定婴儿宇宙经历了令人难以置信的生长突增,瞬间将亚原子涟漪延伸到宇宙尺度。

WMAP科学小组/ NASA

那么 永恒的通货膨胀是什么?

这就是通货膨胀概念遇到问题的地方。 物理学家深深不喜欢通货膨胀会突然停止的想法,没有特别的理由。 他们更倾向于有一种机制来解释是什么驱使通货膨胀然后导致它停止。 这就是为什么他们假设某种量子场驱逐它,然后逐渐消失。 这个想法是,该领域开始于一个只有近似稳定,更高能量的“假真空”状态,其中空间呈指数级延伸。 然后它放松到其真正的最低能量状态,其中空间扩展得更慢。

然而,情景有点太好了。 指数膨胀的虚假真空产生了越来越多的自我,因此有更多的空间以极快的速度扩展。 我们的宇宙是一个经历了向低能真正真空状态过渡的补丁。 但是这种过渡应该是随机发生的,所以也应该有很多其他的宇宙。 事实上,这个过程应该产生越来越多的空间,这个空间以指数速度增长,充满了无限数量的“口袋宇宙”增长得更慢。

那是问题吗?

这取决于你问谁。 在最基本的层面上,所有这些其他宇宙的存在都不会影响我们的宇宙。 他们离我们太远了。 Hertog说,另一方面,永恒膨胀和多元宇宙的概念可能会阻碍宇宙学家整个企业解释为什么宇宙是这样的。 他说,像口袋宇宙中某些关键物理常数的值可能会随机变化,这样就无法解释为什么他们拥有他们在宇宙中所做的价值。 Hertog说,他们会被随机机会设定,这并不是很令人满意。

那么霍金 和赫托格 的论文如何解决这个问题呢?

霍金和赫托格认为,事实上,永恒的通货膨胀并不会发生。 为此,他们借用弦理论的概念,使他们能够将两种不同类型的理论等同于不同的维度。 1997年,阿根廷裔美国理论家胡安·马尔加塞纳(Juan Maldacena)考虑了重力作用的空间。 马尔加塞纳现在在新泽西州普林斯顿的高级研究所,然后证明了理论相当于在不包括引力的空间边界上更容易使用的量子理论。 这就像说一罐苏打水中的任何东西都可以用一种理论来捕捉,这种理论只能描述罐头表面上发生的事情。

永恒的通货膨胀是因为,在早期的宇宙中,推动通货膨胀的领域的量子波动与该领域的平均值一样大。 但霍金和赫托格认为,在这种情况下,人们不能简单地继续使用阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论,而是必须使用像马尔加塞纳那样的机动来观察一个空间较小的空间中的整个情况。 他们声称,在那个替代空间中,事物更容易处理,物理学不会导致永恒的通货膨胀。 相反,一个表现良好的宇宙合并。

那么这与宇宙的起源有什么关系呢?

这就是事情变得有趣和棘手的地方。 理论物理学家将一个理论与一个理论等同于一个理论物理学家称为全息术的概念。 在他的作品中,马尔代萨娜将一种理论等同于一个空间维度较少的空间。 但是,赫托格认为,全息术的原理允许理论家放弃时间的维度。 所以在霍金和赫托格的理论中,通过全息原理,早期的宇宙应该用一个只有三个空间维度而没有时间的理论来描述。

但是你为什么要摆脱时间呢?

自从宇宙开始变得明显以来,它诞生的那一刻一直是理论家头痛的问题。 粗略地说,爱因斯坦的广义相对论在大爆炸之后很好地解释了事物,但却无法处理创造本身的瞬间。 那个时刻在时空中形成了一个“奇点” - 就像一个爆发到无穷大的数学函数 - 它推翻了理论。 所以理论家们长期以来一直在寻求避免这种奇点的方法 - 而失去时间将是一种方法。

Hertog说,这是一个令霍金整个职业生涯着迷的问题。 几十年前,他提出了另一种解决方案,推测在一开始,时间粗略地说是维度,这个想法与新作品不相符。

那么这是永恒通货膨胀和大爆炸奇点的结束吗?

可能不是。 其他人将审视霍金和赫托格对维度变化关系的调用。 Hertog承认,即使其他研究人员认为它是合理的,仍有一个重要的问题需要回答。 如果理论家从一个只有空间维度的理论开始,那么时间最终是如何从中产生的呢? “我们抛出了一个新的范例,”赫托格说,“但还有很多工作要做。”

*更正,5月3日,上午10点:此故事已更新,以更正高级研究所的名称。

槲寄生缺少制造能量的机器

槲寄生缺少制造能量的机器
Hans-Peter Braun,德国汉诺威莱布尼兹大学
槲寄生缺少制造能量的机器

这是一款经典的装配线,与Model T一样经典。 为了产生能量,细胞中的线粒体发电厂使用电子传递链将电子转化为细胞的能量货币三磷酸腺苷(ATP)。 现在,两个独立的团体揭示了进化与欧洲槲寄生的生产线之间的严重混乱,这种假日装饰最为人所知,是一种惊喜抽象的借口。

研究人员首先注意到,当基因组测序缺乏线粒体基因来编码构成电子传递链的第一个位置的蛋白质亚基时,出现了一些错误,这个基因被称为复合体I.缺少这样一个关键部分在多细胞生物体中闻所未闻。 研究人员猜测,这些基因可能只是从线粒体跳到了核基因组。 但鉴于已经消失的基因数量,这似乎不太可能。

为了找出装配线机器的哪些部分已经消失,研究人员从槲寄生的叶子中的线粒体中提取蛋白质,并将它们与芥菜家族中称为拟南芥(Arabidopsis thaliana)的小型开花杂草进行比较。 他们今天在“ 当代生物学”杂志上报告 ,虽然他们在槲寄生运输链中找到了其他站点机器的证据, 。 此外,发现其他运输链站 - 复合物II至V-比拟南芥的 ,这表明槲寄生无法使用该系统产生所需的全部能量。

那么槲寄生如何调整呢? 科学家说植物群已对其新陈代谢做了一些极端调整。 但它也有助于植物寄生虫。 槲寄生悬挂在树木而不是门口,可以通过分解从主人身上偷走的糖来制造ATP。 那被盗的糖可能足以弥补他们错误的电子传输链装配线。

美国国立卫生研究院的神经科学研究所将限制对资金充足的实验室的资助

美国国立卫生研究院的神经科学研究所将限制对资金充足的实验室的资助

美国国立卫生研究院的神经科学研究所计划通过限制对大型实验室的支持,为年轻和有风险的研究人员筹集资金。

iStock.com/Hotaik Sung
美国国立卫生研究院的神经科学研究所将限制对资金充足的实验室的资助

大型实验室重新回到美国国立卫生研究院(NIH)的十字准线上。 美国国立卫生研究院的神经学研究所计划削减其支持的NIH拨款100万美元以上的研究人员数量。

该政策“将允许我们为更多的早期调查人员提供资金,并帮助那些刚刚错过支付线[资金截止]并即将放弃雷达屏幕的人,”21亿美元国家研究所的校外研究主任罗伯特芬克尔斯坦说。美国国立卫生研究院第五大研究所马里兰州贝塞斯达的神经疾病和中风(NINDS)。

让人想起一年前提出的极具争议性的建议,即 。 该上限称为格兰特支持指数(GSI),旨在为早期和中期职业研究人员腾出资金。 然而,GSI 。 美国国立卫生研究院用下一代研究人员计划取而代之,该计划每年将向2.1名早期调查人员和其他人员提供2.1亿美元。

芬克尔斯坦表示,NINDS的计划“并非试图将GSI带回来。”但该机构需要找到资金来实现下一代计划的目标。 NINDS的理事会还担心,一些拥有多项补助金的科学家每年只需花费3.5周的时间就可以获得特定补助金。 这是“荒谬的”,芬克尔斯坦说,因为它没有足够的带宽来管理严谨的研究和指导学员。

为了解决这些问题,从2019年1月开始,NINDS将收紧一项为期6年的NIH政策,该政策要求研究所理事会对已经拥有每年100万美元或更多直接资金的实验室的提案进行额外审查(不包括间接费用)。 芬克尔斯坦说,由于这项政策“过于主观”,理事会只拒绝了这些实验室提出的一些建议。

现在,在NINDS,特别审查将更加严格:它将适用于调查人员,他们的拟议拨款将使他们在NIH支持总额中超过100万美元 - 而不是那个级别的那些人。 (非培训奖励,如培训补助金将不计算在内。)为了获得资金,该提案必须在整个NINDS截止日期的上半部分获得资助。 本财政年度的资金截止是第15个百分点,因此这样的提案必须落在前七分之一。

Finkelstein说,“对于固有昂贵的项目,例如临床试验,我们将做很少的例外”。 NINDS表示,如果一切按计划进行,该政策可以每年释放1500万美元,这足以为更多的早期职业和风险调查人员提供资金,而不会削减NINDS的整体支付线。 美国国立卫生研究院的其他研究所只有一个类似的, 。

一些研究小组对此举表示赞赏。 “当GSI消失时,更多调查人员的资金问题并没有消失。 因此,必须采取措施为更多人提供资金,“贝塞斯达美国实验生物学会联合会公共事务主任霍华德加里森说。 北卡罗来纳大学教堂山分校的细胞生物学家马克·皮弗(Mark Peifer)曾 ,他补充说:“当然关键在于实际实施它。”

*更正,5月3日,上午11:45:此故事已更新,以更正国家普通医学科学研究所的名称。

*更正,5月7日,下午12:27: 已明确说明新政策的资金截止日期。

两名登山者正试图在珠穆朗玛峰上重建美国宇航局的双胞胎研究

两名登山者正试图在珠穆朗玛峰上重建美国宇航局的双胞胎研究

Matt Moniz(右)在2014年攀登期间登上世界第六高峰Mount Cho Oyu。

威利贝内加斯
两名登山者正试图在珠穆朗玛峰上重建美国宇航局的双胞胎研究

美国宇航局广泛宣传的双胞胎研究 - 将宇航员斯科特凯利的身体功能与他的地球上同卵双胞胎兄弟的身体功能进行了比较 - 正在接受地球上最令人生畏的环境之一的跟进。 两名经验丰富的登山者正在进行为期一个月的珠穆朗玛峰探险,而他们的双胞胎则留在海平面。 主要目标:从白细胞中分离DNA和RNA,并寻找基因表达的可能变化。

该项目是有史以来最严苛的高空研究项目之一,尤其是因为它需要登山者在海拔超过7公里的冰冻条件下采集自己的血液,唾液和粪便样本 - 。 到现在为止还挺好。 该团队,20岁的达特茅斯学院二年级学生Matt Moniz和49岁的职业攀岩者Willie Benegas已经采集了三份血样,其中一份在珠穆朗玛峰3号营地,海拔7300米。

该项目的灵感来自美国宇航局的双胞胎研究,该研究从2015年3月开始在国际空间站(ISS)度过一年时,寻找凯利器官,认知功能,免疫功能,微生物组,蛋白质,代谢物和基因的变化。同卵双生,退役宇航员马克凯利,是一个理想的控制者,分享他兄弟的DNA,也有以前的太空经验。

最有趣的早期结果表明斯科特凯利经历了数千个基因表达的变化; 今年早些时候,美国国家航空航天局报告说,其中7%与免疫功能,DNA修复,骨形成以及他的身体对氧气不足和血液中异常高的二氧化碳水平的反应有关 - 。

但这些变化不能直接归因于轨道上的生命; 纽约威尔康奈尔医学院的遗传学家Christopher Mason说,他们可能仅仅是因为处于极度紧张的环境中而导致基因表达研究。 因此,他招募了Moniz和Benegas进行地球“控制”实验。 虽然珠穆朗玛峰与国际空间站完全不同,但低氧含量,冰冻温度和强烈的隔离感使得情况非常紧张。

当Moniz和Benegas登顶时,他们的双胞胎Kaylee Moniz和Damian Benegas将留在海平面并作为他们的控制。 Miz说,Moniz双胞胎是兄弟般的“不理想”。 (Benegas双胞胎是相同的。)“但你仍然可以控制50%的遗传,这比完全不同的人没有关系更好。”

两名登山者正试图在珠穆朗玛峰上重建美国宇航局的双胞胎研究

Matt Moniz在当前攀登期间,在珠穆朗玛峰西部Cwm。 Pumori山在后台。

威利贝内加斯

珠穆朗玛峰双胞胎研究虽然不是NASA研究的正式部分,但将使用相同的协议。 登山者正在收集血液和微生物组样本 - 粪便,唾液和分泌物 - 在珠穆朗玛峰大本营(5364米),在适应环境攀升之前和之后,然后再次在3号营地,甚至可能更高。 从3号营地到珠穆朗玛峰8850米高峰期,他们将在上升阶段使用补充氧气。 这意味着他们的最终血液样本将不会与低海拔地区的血液样本直接比较,但确实增加了他们进入顶部的机会。 莫尼兹开玩笑说,这也意味着他将能够将所有脑细胞保留在研究生院。

加州大学圣地亚哥分校的遗传学家Tatum Simonson研究了高海拔的遗传适应性,他说这项研究将为人类如何应对环境压力提供“独特的见解”。 但她警告说,由于不同的条件正在测试 - 高海拔氧气剥夺与微重力 - 美国宇航局和珠穆朗玛峰研究仍然不同。

“他们可能会被比较,但重要的是要记住这些差异。”她说,可能比较的一个领域是基因表达的变化,这些变化对低氧有反应,这些变化出现在凯利,他在太空中度过了一年。可能会出现在两个登山者中。

Moniz和Benegas计划在5月中旬左右推动峰会,届时早期预测显示风力可能下降。 如果有人能把它拉下来,可能就是其中两个:Benegas已经登上了珠穆朗玛峰的11倍,而Moniz,一年一度的国家地理冒险家,在19岁之前爬上了几个8000米高的山峰。研究生物医学工程的莫尼兹说:“我喜欢在探险时从事像这样的项目。” “[它]让我有机会回馈一些东西,丰富我的思想。”

*更正,5月5日,上午11点: 这个故事的早期版本报道,两对双胞胎都是兄弟般的。 这已经被纠正,只说Moniz双胞胎是兄弟姐妹。

被指控的癌症科学家辞去了着名期刊的编辑职务

被指控的癌症科学家辞去了着名期刊的编辑职务

Inder Verma于2012年在Salk生物研究所的实验室工作。

Tribune内容机构LLC / Alamy股票照片
被指控的癌症科学家辞去了着名期刊的编辑职务

Inder Verma是一位着名的癌症科学家和遗传学家,被几名女性指控性骚扰,他昨天辞去了美国国家 科学院院刊PNAS )的主编,这一本着名的学术期刊。

发布PNAS的华盛顿特区国家科学院(NAS)主席玛西娅麦克纳特今天宣布维尔玛离开,发送给NAS成员的电子邮件:

昨天,Verma博士告诉我,他已辞去总编辑职务。 鉴于Verma博士辞职并确保PNAS具备推动期刊前进的领导力,我们很快将开始寻找他的继任者,并欢迎您的建议。

维尔玛辞去编辑职位的时间是在科学发表一篇 5天之后,该描述了八名女性的指控,她们说,维尔玛性骚扰他们 - 他强烈否认这些指控。 所谓的事件从1976年延续到2016年,几乎整个Verma在加利福尼亚州圣地亚哥的Salk生物研究所的职业生涯,他于1974年被聘用。

于4月20日 ,这是在收到科学关于Verma涉嫌骚扰几名女性的问题清单后2天。 当时,该研究所还扩大了对Verma的调查,该调查于3月开始,当时Salk聘请圣地亚哥律师事务所玫瑰集团调查对Verma的指控。

自去年12月以来,维尔玛一直担任PNAS主编,当时NAS理事会直到去年夏天由Salk的三名高级女科学家提出的引起的得到解决。 其中两起诉讼指控Verma阻碍了女性科学家在Salk的职业发展。 这些诉讼将于12月开始审理。

McNutt最近在向科学发表的一份声明中表示:“鉴于Salk的歧视诉讼,我们将Verma博士请假,这些诉讼是公开的,并为我们的决定提供了基础。 重要的是要避免这样一种情况,即在诉讼中指名性别歧视的人可能会影响PNAS的出版决定。“

通过将自身包裹在抗体中,该细菌可以成为肠道的稳定,有益的部分

通过将自身包裹在抗体中,该细菌可以成为肠道的稳定,有益的部分

在抗体的帮助下,这些细菌靠近肠道内壁的“手指”。

G. Donaldson Science vol 360,(2018)
通过将自身包裹在抗体中,该细菌可以成为肠道的稳定,有益的部分

抗体是人体对微生物病原体最有效的防御之一。 但是这些免疫系统蛋白中的至少一种有助于一种看似无害的细菌使自己成为人类肠道中的持久家园。 这种细菌似乎诱导免疫球蛋白A(IgA),它是哺乳动物产生的最丰富的抗体之一,覆盖其表面,帮助它粘附在肠道的粘液衬里上,成为微生物群的一个稳定部分,微生物栖息的星座我们的直觉。 这项发现,在无菌小鼠中,有朝一日可以帮助研究人员尝试通过向人体添加微生物来治疗各种疾病。

细菌和免疫系统之间的“对话”“可能会影响许多生理系统的功能,”日本RIKEN横滨研究所的免疫学家Sidonia Fagarasan说,他在2002年首次提出IgA可能对某些细菌有帮助,而不是消除它们。

IgA是在50年前发现的。 人类每天产生3至5克这种抗体,约占身体抗体产量的75%。 IgA在母乳中也很丰富,可能是为了抵御感染。 但在注意到IgA水平低的小鼠具有异常的微生物组后,Fagarasan提出IgA也在 。 但到目前为止,还没有人能够确定如何。

在帕萨迪纳的加州理工学院,微生物学家Sarkis Mazmanian和他的研究生Gregory Donaldson一直试图了解肠道细菌Bacteroides fragilis的菌株如何帮助减轻结肠炎,多发性硬化症甚至自闭症的症状 -可以在不断变化的肠道环境中坚持多年。

利用免疫学,微生物学,遗传学和成像技术的组合来探索细菌在肠道中的稳定存在,唐纳森发现IgA是至关重要的。 他和他的同事们发现细菌在细胞表面涂上了大量结合IgA的糖。 IgA通常将病原体作为一种解除它们的方法并促进它们的清除,但在这种情况下,IgA使微生物沿着肠道内层聚集在一起并穿透保护性粘液层,使它们能够舒适地直至肠道细胞。 他和他的同事今天在“ 科学”杂志网上报道说,如果没有IgA,这些微生物就 。 “这不是我们所期望的,”唐纳森说。 “来自免疫系统的同一分子可能对不同的[细菌]物种产生不同的影响。”

关于IgA作用的最有说服力的实验涉及在无菌环境中饲养的小鼠,其中一些已被基因工程改造为不能产生IgA。 研究小组报告说,当加入产生IgA的小鼠时, 脆弱拟杆菌能够在肠道内持续存在,但从未在IgA缺陷小鼠的肠道中建立。

额外的细菌可能依靠IgA来定殖肠道; 唐纳森指出,当研究人员将所有小鼠肠道微生物群的居民添加到无菌IgA缺陷小鼠中时,其他一些微生物也未能建立起来。 “这显示了我们与微生物组的密切关系,”Mazmanian说。 这项工作“真正开始揭开共生的基础。”

Fagarasan补充说:“这项工作显然支持了这样一种观点,即IgA的进化选择不仅是为了防止入侵的病原体,更可能是为了帮助肠道菌群。”

纽约州卫生部奥尔巴尼沃兹沃思中心的粘膜免疫学家Nicholas Mantis同意这项研究表明抗体可作为支架,使细菌更好地粘附于粘液。 但他不确定这种细菌是否已制定出任何特定的策略来确保IgA附着于其表面。

Mantis说,即便如此,鉴于临床医生正在研究重新引入肠道微生物肠道微生物群不受重击的许多情况,使用抗体可以帮助建立有益的细菌菌落。 这可能导致许多长期临床应用。

DOE的特立独行气候模型即将进行首次测试

DOE的特立独行气候模型即将进行首次测试

一个新的模型模拟了北大西洋飓风和冷空气(黄色)。

代表E3SM项目的ALOSOS国家实验室MATHEW MALTRUD(LA-UR-18-23682)
DOE的特立独行气候模型即将进行首次测试

世界上不断增长的气候模型系列备受瞩目。 上周,经过近4年的工作,美国能源部(DOE)发布了计算机代码和初步成果,这是一项雄心勃勃的模拟地球系统的努力。 新模型专为在未来的超级计算机上运行而设计,旨在预测气候将如何变化,以及这些变化如何影响能源基础设施。

即将对全球模型进行比较的结果可能显示新进入者的运作情况。 但到目前为止,它正在得到一个混合的接受,一些人质疑是否需要另一种模式,而另一些人则表示8000万美元的努力尚未改善对未来气候的预测。 甚至该项目的首席科学家,位于华盛顿州里奇兰的太平洋西北国家实验室(PNNL)的Ruby Leung也承认该模型尚未成为领导者。 “我们真的不希望我们的模型会让世界惊叹,”她说。

自20世纪60年代以来,气候建模者已经使用计算机来构建虚拟地球仪。 他们将大气和海洋分成数千个箱子,并为每个箱子分配天气条件。 根据物理定律,玩具世界随后经过模拟世纪的演变。 从历史上看,能源部在气候模拟中的主要作用是为社区地球系统模型(CESM)做出贡献,这是一项基于科罗拉多州博尔德国家大气研究中心(NCAR)的工作。 但在2014年7月,DOE 。 目标是预测风暴和海平面上升会如何影响发电厂,水坝和其他能源基础设施,并关注北美或北极等地区。 能源部官员还希望能够在2021年左右开启的一代超大型“亿亿次级”计算机上运行这种型号。

该项目吸引了来自美国能源部八个国家实验室的研究人员。 它起初是CESM的副本,保留了类似的大气和陆地模型,但包括新的海洋,海冰,河流和土壤生物化学模拟。 DOE团队将垂直层数增加了一倍,扩大了大气层,并采用了计算密集型的数字运算方法,但可能更容易分解成块并在预期的exascale机器上并行运行。 “对他们来说,走向这个方向是很有意义的,”NCAR气候科学家理查德尼尔说。

2017年,在唐纳德特朗普总统就职并将国家拉出巴黎气候协议后,能源部从项目名称中删除了“气候”。 加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的项目负责人David Bader表示,新名称能量超级地球系统模型(E3SM)更好地反映了该模型对整个地球系统的关注。

E3SM的第一个成果突出了它的潜力; 它们包括具有超锐利的模型运行,25公里宽的网格单元 - 足够精细,可以模拟海洋漩涡和山地积雪等小规模特征。 但是这种清晰的图像仍然太粗糙,无法解决个别云和大气对流,这是限制模型精度的主要因素。 一些科学家怀疑它会改善预测。 最后一次比对工作于2014年结束,其中包括26个模型组 - 比前一轮更多 - 但却产生了不再精确的集体预测。 德国汉堡马克斯普朗克气象研究所气候科学家比约恩史蒂文斯说:“只是拥有更多的模型 - 我认为没有任何证据表明这是推动该领域发展的关键”,他是新比对的共同领导者,代号为CMIP6。

鉴于美国能源部的百亿美元计算机尚不存在,加州美国宇航局戈达德空间研究所负责人Gavin Schmidt也提出了新模型的基本原理。 他在Twitter上写道:“没有人知道这些机器的外观会是什么样的,因此很难为它们提前建造模型。” 而且,使用CESM进行研究的PNNL气候科学家Hansi Singh表示,E3SM的计算强度存在缺陷。 使用E3SM获得结果所需的大量计算将压倒大多数大学集群,限制了外部科学家使用它的能力。

Bader说,关于气候对二氧化碳(CO 2 )的敏感性的一个初步结果将“引起一些人的注意”。 大多数模型估计,如果将CO 2加倍至工业化前水平以上,则全球平均温度将在1.5°C至4.5°C之间上升。 E3SM预测5.2°C会出现惊人的高涨,Leung怀疑这是由于该模型处理气溶胶和云的方式。 和许多模型一样,E3SM在热带地区产生两条降雨带,而不是赤道附近的自然降雨带。

E3SM的首次测试将是其在CMIP6中的表现。 预计近三十个模型组,包括来自韩国,印度,巴西和南非的新人,将在现在和2020年之间的比对中提交结果。每个组将花费数千个计算机时间用于标准方案,例如模拟每年1%的二氧化碳增加和突然翻两番的影响。

但考虑到自上次比对以来的缓慢改善率,很少有人期望E3SM或任何其他模型能够产生革命性的见解。 史蒂文斯希望修改这项工作以鼓励创新,例如以1公里的分辨率对气候进行建模,以制作出单独的云,或者采集活动以收集新的数据。 “CMIP的整个前提是试图让每个人都做同样的事情,”他说。 “每个人都知道突破来自于让人们做不同的事情。”

面对全球趋势,日本再次拥抱煤电

面对全球趋势,日本再次拥抱煤电

煤炭在日本港口等待运输。 几乎所有国家的供应都是进口的。

彭博/盖蒂图片
面对全球趋势,日本再次拥抱煤电

世界上大多数国家都在逆转燃煤发电,而不是日本。 在过去两年中,该国已经启动了至少8个新的燃煤电厂,并计划在未来十年再增加36个 - 这是任何发达国家(不包括中国和印度)最大的计划煤电扩张计划。 上个月,政府在锁定国家能源计划方面迈出了关键一步,该计划将在2030年将煤炭提供26%的日本电力,并放弃先前将煤炭份额削减至10%的目标。

这一逆转部分是由于2011年福岛第一核电站发生的灾难,该电站破坏了公众对原子能的支持。 批评人士称,这也反映出政府未能鼓励对可再生能源的投资。 他们说,煤炭复兴对空气污染和日本履行其减少温室气体排放承诺的能力具有令人震惊的影响,温室气体排放占世界总量的4%。 如果所有计划中的煤电厂都建成,那么“我们很难实现减排目标”,环境部长中川雅治今年早些时候指出。

不久前,煤炭正在日本出路。 2010年,燃煤电厂占日本电力的25%,但强大的经济产业省(METI)计划在20年内将这一份额减少一半以上。 该部门依靠核电来弥补这一缺陷,其国家电力的份额将从2010年的29%增加到2030年的50%。

但2011年福岛核事故迫使重新评估。 日本所有54座反应堆都被关闭,等待符合新的安全标准。 只有七个人重新开始了。 公用事业已转向液化天然气和煤炭,这些天然气和煤炭在2014年飙升至该国31%的电力供应。

在许多其他国家,天然气已取代煤炭作为燃料来源,因为天然气成本较低。 但在日本,“煤炭价格便宜”,东京理科大学能源经济学家,METI能源咨询委员会成员Takeo Kikkawa说。 那是因为国家必须以相对昂贵的液化形式进口天然气。

新能源计划将巩固煤炭的核心作用。 由METI顾问委员会于3月26日批准,并可能在今年晚些时候由内阁通过,它要求重新启动核电站,到2030年将其发电份额提高到20%至22%之间。可再生能源的份额将略微上升至22%至24%之间,仅太阳能就占7%。 但化石燃料 - 煤,石油和天然气 - 将提供56%。

对煤炭的依赖将使日本难以履行承诺,到2030年将温室气体排放量减少26%,到2030年减少80%,到2050年减少80%。如果现在关闭的核电站,这些削减将更加难以实现。没有重新启动。

然而,电力行业官员声称,他们可以通过建立所谓的洁净煤电厂和捕集碳的系统来限制排放。 例如,他们指向横滨Isogo热电站的2号机组。 它于2009年完工​​,采用所谓的超超临界循环,在非常高的热量和压力下产生蒸汽,使工厂的效率提高到45%,而传统工厂的效率提高30%至35%。 根据国际能源署在巴黎的洁净煤中心的说法,结果是世界上每单位电力的最低排放量。

但是这样的工厂很昂贵。 批评者指出,超过一半的拟议煤电站将使用更多传统和污染技术。 环境部预计,如果所有规划的工厂都建成,到2030年,煤炭的碳排放量将抵消日本希望在其他地方进行的削减。 尚未公布的绿色和平组织研究得出的结论是,如果这些植物运行40年,它们还会排放污染物,导致60,000多人过早死亡。

公众反对和对电力需求下降的预测让一些公用事业公司重新考虑新工厂的计划。 东京电力开发公司上周宣布,它正放弃在神户附近新建两座600兆瓦燃煤电厂的计划。 据京都环保组织Kiko Network称,总体而言,公司已经取消了自2012年以来宣布的六个计划中的煤电厂。

瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学能源专家,东京可再生能源研究所主席TomasKåberger表示,日本转向煤炭是一个错失可再生能源的机会。 他指出,在福岛事故发生后,政府采取了可再生能源激励措施,并开始调整能源市场,使可再生能源更具竞争力。 这些举措导致了太阳能投资的激增。

但Kåberger表示,根据现行规定,日本的10个地区公用事业公司仍然可以优先使用自己的发电厂进入输电线路,这也是他们控制的。 这为试图将可再生能源投入电网的人们带来了不确定性。 日本绿色和平组织日本能源项目负责人Hisayo Takada表示,这些问题连同补贴削减和其他政策变化导致太阳能投资下降32%。 因此,外交部长河野太郎上个月在东京举行的研讨会上说:“我们今天太阳能领域的情况只能说是可悲的。”

人工智能研究人员声称机器学习是炼金术

人工智能研究人员声称机器学习是炼金术

梯度下降依赖于反复试验来优化算法,旨在实现3D景观中的最小值。

Alexander Amini,Daniela Rus。 麻省理工学院,由M. Atarod / Science改编
人工智能研究人员声称机器学习是炼金术

去年12月加利福尼亚州旧金山谷歌的人工智能研究员阿里·拉希米(Ali Rahimi)在他的领域进行了一次扫描,并获得了40秒的欢呼。 Rahimi在人工智能会议上发言时指出,计算机通过反复试验学习的机器学习算法 他说,研究人员不知道为什么有些算法有效,有些则无法做到,也没有严格的标准来选择一种AI架构而不是另一种。 现在,在4月30日在加拿大温哥华举行的学习代表国际会议上发表的一篇论文中,拉希米和他的合作者了他们所看到的炼金术问题的 ,并提供了加强AI严谨性的处方。

“在这个领域有一种痛苦,”拉希米说。 “我们中的许多人都觉得我们正在使用外星人技术。”

这个问题不同于 ,由于实验和出版实践不一致,研究人员无法复制彼此的结果。 它也不同于机器学习中的“黑匣子”或“可解释性”问题:难以 。 正如拉希米所说的那样,“我试图区分一个机器学习系统,即一个黑盒子和一个整个领域,成为一个黑盒子。”

他说,如果没有深入理解构建和训练新算法所需的基本工具,创建AI的研究人员就像中世纪炼金术士那样诉诸传闻。 加利福尼亚州山景城谷歌的计算机科学家弗朗索瓦·乔莱特补充说:“人们倾向于依赖”民间传说和魔法咒语“。 例如,他说,他们采用宠物方法来调整他们的AI的“学习率” - 一个算法在每次错误之后多大程度地纠正自己 - 而不理解为什么一个人比其他人更好。 在其他情况下,AI研究人员训练他们的算法只是在黑暗中磕磕绊绊。 例如,他们实现所谓的“随机梯度下降”,以便针对最低可能的故障率优化算法的参数。 尽管有关该主题的数千篇学术论文以及无数种应用该方法的方法,但该过程仍然依赖于反复试验。

拉希米的论文强调了浪费的努力和可能导致的次优性能。 例如,它指出,当其他研究人员从最先进的语言翻译算法中剥离出大部分复杂性时,它实际上更好,更有效地从英语翻译成德语或法语,表明其创作者并未完全掌握这些额外部分有什么用处。 相反,伦敦推特的机器学习研究员FerencHuszár表示,有时候在算法上添加的铃声和口哨是唯一的优点。 他说,在某些情况下,算法的核心在技术上存在缺陷,这意味着它的良好结果“完全归功于其他顶级应用技巧”。

Rahimi提供了一些建议,用于学习哪种算法效果最佳,以及何时算法。 他说,对于初学者来说,研究人员应该像翻译算法一样进行“消融研究”:一次删除一部分算法,以查看每个部分的功能。 他呼吁进行“切片分析”,其中详细分析算法的性能,以了解某些领域的改进可能会在其他地方产生成本。 他说,研究人员应该用许多不同的条件和设置来测试他们的算法,并且应该报告所有这些算法的表现。

加州大学伯克利分校的计算机科学家Ben Racht和Rahimi的炼金术主题演讲的合着者表示,人工智能需要从物理学中借鉴,研究人员经常将问题缩小到较小的“玩具问题”。 “物理学家在设计简单的实验以根除现象的解释方面是惊人的,”他说。 一些人工智能研究人员已经采用这种方法,在处理大型彩色照片之前在小型黑白手写字符上测试图像识别算法,以更好地理解算法的内部机制。

伦敦DeepMind的计算机科学家CsabaSzepesvári表示,该领域还需要减少对竞争性测试的重视。 他说,目前,如果报告的算法胜过一些基准,那么论文更有可能被发表,而不是文章揭示了软件的内部运作。 这就是花哨的翻译算法通过同行评审的方式。 “科学的目的是产生知识,”他说。 “你想要制作别人可以拍摄和建立的东西。”

不是每个人都同意Rahimi和Recht的批评。 Facebook负责纽约市的首席人工智能科学家Yann LeCun担心,将过多的技术从尖端技术转向核心理解可能会减缓创新并阻碍人工智能的实际采用。 “这不是炼金术,而是工程学,”他说。 “工程很乱。”

Recht认为这是一个有条不紊和冒险的研究场所。 “我们需要两者,”他说。 “我们需要了解失败点的位置,以便我们能够构建可靠的系统,并且我们必须推动前沿,以便我们能够拥有更加令人印象深刻的系统。”

这对双胞胎攀登珠穆朗玛峰进行科学研究,以及人体骨骼的分形性质

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人体骨骼(20X)由伯克希尔社区学院生物科学图像库

为了研究太空旅行带来的生物学差异,美国宇航局在2015年将一对双胞胎送入太空并在地球上保留另一对双胞胎。现在,该项目的研究人员正在尝试复制该行星的工作,以确定基因表达的差异是否到期极度紧张或特定于太空。 Sarah Crespi与在线新闻编辑Catherine Matacic谈论了一项“控制”研究,该研究利用地球上可能相当紧张的经历:攀登珠穆朗玛峰。

凯瑟琳还分享了最近的一项研究,该研究证实了5年前用户发布的reddit用户:从巴基斯坦南部到俄罗斯东北部的单一路径将带您通过海洋上 。

最后,Sarah与英国约克大学的谈论他的小组研究本周发表在“ 科学”杂志上 通过结合通常用于材料科学的技术,该小组 ,寻找组织韧性和硬度相互矛盾的组合的解释。

本周的剧集由编辑。

[图片:伯克希尔社区学院生物科学图像图书馆的人骨(20X); 音乐:杰弗里库克]