五一去哪玩？这次你不妨大胆些……

Original 蕉蕉的奇妙冒险中科院物理所 2022-07-10

收录于合集 #线上科学日 163个

“从前五一排景点，今年五一排核酸~”

它来了

宜

快乐

出游

忌

焦虑

摆烂

五一

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啊—— | 纠结的貓G

为了疫情防控毅然决然选择了居（fei）家（zhai）办（tang）公（ping）的小编，决心凭借强大的想象力，去往以往五一小长假都不敢奢望的地方——

别不信，呐，路线都给规划好了：

五一灵魂旅行规划图（前三天，第四天见后文揭晓） | 谷歌地图

话不多说，就让我们来一场，说走就走的灵魂旅行吧！

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DAY 1

爱尔兰布鲁穆桥

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第一天，就让我们来到一座小小的石桥——布鲁穆桥（Brougham Bridge，现改名为Broom Bridge）吧。这座桥乍一看平平无奇：

坐落于爱尔兰都柏林皇家运河的布鲁穆桥 | tales of a wanderer

但凑近一点，仔细观察，发现桥身左上角有几行字——

布鲁穆桥上的石牌 | tales of a wanderer

原来在1843年10月16日，哈密顿（William Rowan Hamilton）正与妻子漫步于皇家运河河畔，路过此桥时，灵光一现，发现了定义四元数（quaternion）乘法的基本公式i²=j²=k²=ijk=-1，也顾不得保护文物了，当即把它刻了到桥上的某个石头处。

皇家运河 | tales of a wander

当时的哈密顿正在研究，将二维的复数拓展到更高的维度，以便在更高维空间为物理学科找到理想的数学工具。数学家高斯也思考过这个问题，他提出的一种“三维复数”代数体系必须抛弃结合律，不符合实际需要，遂无人问津。哈密顿在经历了长达十五年的思考和尝试后，意识到三维空间可能并不存在完全类似于平面复数的代数体系，于是寄希望于四维空间，并且还需要放弃一些严格的要求——比如之前被认为天经地义的乘法交换律。

四维就创造了四元数，四元数的形式为ai+bj+ck+d，其中a,b,c,d为实数，i²=j²=k² =-1，ij=k，ji=-k，jk=i，kj=-i，ki=j，ik=-j。它们之间的加法完全和复数一样，但乘法最大的特点是：不符合交换律。相较于复数所代表的二维空间，哈密顿用四元数创造出一个四维的空间，给当时尚未发展出向量和矩阵的数学界带来了极大的震动。哈密尔顿本人也认为，这是自己一生中最重要的学术贡献，并穷其此后余生发展和“推广”四元数，只是结果并不理想。此后杨振宁花了大量时间尝试发展一套基于四元数的量子场论；到现在仍然还有科学家钻研着这个古老的理论，并证明了在三维和四维空间中的朗道能级和四元数解析函数之间存在对应关系。

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DAY 2

英国老鹰酒吧

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老鹰酒吧（The Eagle Pub）位于剑桥大学国王学院斜对面，其标志是一只展开翅膀的老鹰。

老鹰酒吧（The Eagle Pub）| cambridge independent

1953年2月28日中午，剑桥大学的两位年轻的科学家弗朗西斯·克里克（Francis Harry Compton Crick）和詹姆斯·沃森（James Dewey Watson）步入老鹰酒吧，自豪的宣布他们的发现：DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构！

沃森、克里克与双螺旋结构 | 搜狐@哲学园

不过当时的沃森（25岁）和克里克（37岁）在剑桥大学还是无名之辈，在酒吧宣布的这个伟大发现并没有立即引起很大的轰动。科学史家奥尔贝评论这段历史为“双螺旋悄然登场亮相”。这个重大发现在《自然》期刊上发表了大约20天后，剑桥大学卡文迪许实验室主任劳伦斯布拉格爵士在演讲中讲到了这个发现，这才引起了广泛关注。

现在的老鹰酒吧随拍 | wanderingwatsons

当然，DNA双螺旋结构的发现充满了曲折意味。当时的权威鲍林（Pauling）错误的将DNA确定为3股螺旋，沃森与克里克按照3股螺旋的思路进行了很长时间的工作也没能构建出合理的模型。两位名不见经传的年轻科学家没有迷信权威，而是认真考虑并请教同事；此外，威尔金斯（Wilkins）将富兰克林（Franklin）成功拍摄的DNA晶体X射线衍射照片展示给他们后，沃森和克里克立即领悟到，这是两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成的双螺旋结构，靠氢键连接。双螺旋结构显示出DNA分子在细胞分裂时能够自我复制，完善地解释了生命体要繁衍后代，物种要保持稳定，细胞内必须有遗传属性和复制能力的机制。这是生物学的一座里程碑，分子生物学时代的开端。

富兰克林与拍摄的DNA晶体X射线衍射照片 | 腾讯网

现在想来，那天中午的午餐对于酒吧里的顾客来说是多么美妙的一顿午餐啊~这件事后来被记录在酒吧入口旁的一块牌匾上，沃森的著作《双螺旋》中也有记载。

A drink in the Eagle is a chance to step into history.（在老鹰酒吧浅酌一杯就有一次涉足历史的机会。） | 老鹰酒吧官网

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DAY 3

法国梅森学院

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法国科学院的前身可以追溯到一位伟大的科学家——马林·梅森（Marin Mersenne），17世纪法国著名的数学家兼修道士。梅森少年时毕业于耶稣会学校，是数学大师笛卡尔的校友。梅森才华横溢又平易近人，因此和当时欧洲很多科学家都建立着良好的联系，身边聚集了一大批学者，定期在梅森的寓所里讨论科学问题。久而久之，梅森寓所就被参加沙龙的科学家尊称为“梅森学院”，甚至成为了当时欧洲的学术交流中心。

马林·梅森（Marin Mersenne） | Linda Hall Library

1648年梅森去世，人们在他的遗产中发现其与欧洲78位学者的十分珍贵的信函，对很多科学领域均有涉猎，其中就包括很多数学大师费马、伽利略、托里拆利、笛卡尔、惠更斯。法国最珍贵的遗产——梅森学院，成为了现如今的巴黎皇家科学院，1666年，巴黎皇家科学院（即法国科学院）建立。

法国科学院 | wikipedia

巴黎皇家科学院继承了梅森学院海纳百川的精神，不拘一格降人才。皇家学院开立之初，核心人物惠更斯来自荷兰，卡西尼来自意大利（48岁才入法国籍），但法国政府却十分信任且把学院委托给他们；莱布尼茨长期居住在德国，但仍然是学院的通讯院士；寒门出身的达朗贝尔和普通出身的拉普拉斯，凭靠学术成就便能跻身贵族之间；拉格朗日原本出生于意大利，年过半百仍然受到法国的邀请，而且在重建中起到了巨大作用。法国科学院也因此培养出了安培(Ampère)、卡诺(Carnot)、菲涅尔(Fresnel)、泊松(Poisson)等伟大科学家。

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DAY 4

太阳系月球

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只剩最后一天的出游计划了，让我们不妨走出地球，走向星辰大海吧——这一次，去月球！

1971年美国阿波罗15号成功登月，指令长戴维·斯科特（David Scott）在月球表面做了“锤子和羽毛下落”的实验。在月球上，斯科特在大致相同的高度上，同时松开手中的锤子和羽毛，结果它们同时落到了月球表面。这证明了当空气阻力等没有作用在物体上时，不同质量的物体会以相同的速度着地。这相当于一次比萨斜塔实验——将两个重量不同的小球同时从比萨斜塔自由落下，小球会同时着地。

斯科特在月球上演示锤子与羽毛同时落地 | NASA

这里有一个关键细节——月球在绕地球公转的同时进行自转，周期为27.32166日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面——而阿波罗登月的月球影像都是在月球正面拍的，大家不知道背面的月亮是什么样子。

一直到2019年1月3日10点26分，由中国发射的“嫦娥四号”探测器在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区成功着陆，世界第一张近距离拍摄的月背影像图通过“鹊桥”中继星传回地球，这才第一次揭开了古老月背的神秘面纱。

月背照片 | 中国探月CLEP

中国科学院国家天文台李春来研究员领导的团队利用玉兔二号月球车携带的可见光和近红外光谱仪的探测数据，证明了嫦娥四号落区月壤中存在以橄榄石和低钙辉石为主的月球深部物质。《自然》于北京时间5月16日凌晨在线发表了这一重大发现。

玉兔二号在月球背面留下的“足迹” | 中国探月CLEP

为什么一定要去月球背面呢？这不仅仅是为了好奇平日看不见的风景，更是因为月球背面的一片特殊区域——南极-艾特肯盆地——这个四十多亿年前，因为天体撞击而形成的盆地（直径约2500公里，深度约13公里），科学家认为这里极有可能发现月球深部的物质。嫦娥四号很幸运的落在了撞击时溅射出的月幔物质碎屑（月幔处于月球深处）的周围，再对比溅射物成分与月球表面的玄武岩成分，就能够开始研究月球这块化石，揭秘月球乃至地球的早期活动了！

好了，本期的种草就到这里啦！期待疫情结束之后，真的可以去这些地方游览一二~ 河山大好，让我们早日拔草！

“灵魂和身体，总有一个在路上~”

祝/您/假/期/愉/快

END

《五一最浪不完全攻略》

参考文献