出这个帖子的想法是为了满足同学们在吃喝玩乐之余对科学知识的了解。
我想同学们各自的知识背景各不相同，有工程、自然科学、商业、文史、艺术的等等，每个人对现代科学的理解不一。但是正是科学深刻的在改变我们客观世界，影响我们的精神认知甚至社会形态，希望有更多的同学能够了解当代科学的进步。
其实自然科学领域与人文艺术领域的互相交流和激励是非常奇妙的，如前面的光子波粒二象性实验就是受到了一幅画作的启发，这在科学史上屡见不鲜。
我们将陆续登录一些科学新发展新发现和新认识，以享大家，也欢迎大家点评和讨论。





科学家同时观察到光的粒子性与波动性(图)



　　
上面的想象图演示的是单光子穿过干涉仪时的情景，干涉仪的输出端装有量子分光镜。图中远处可以看到正弦振荡的波形，表示的是单光子干涉，是一种波动现象。而在图片近处，观察不到振荡，说明只表现出粒子的特性。在两种极端之间，单光子的行为连续不断地从波的形式向粒子形式转变，图中显示了这两种状态的重叠。
　　
受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变化。

　　长久以来，人们都知道光既可以表现出粒子的形式，也可以呈现波动的特征，这取决于光子实验测定时的方法。但就在不久之前，光还从未同时表现出这两种状态。
　　关于光是粒子还是波的争论由来已久，甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。艾萨克·牛顿提出了光的粒子理论，而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年，争论出现了戏剧性的变化。爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成，借此解释了光电效应。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。光电效应的发现对物理学影响深远，并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。
　　量子力学在对微小粒子，如原子和光子的行为预测上，具有惊人的准确性。然而，这些预测非常违反直觉。比如，量子理论认为类似光子的粒子可以同时在不同的地方出现，甚至是同时在无穷多的地方出现，就像波的行为一样。这种被称为“波粒二象性”的概念，也适用于所有的亚原子粒子，如电子、夸克甚至希格斯玻色子等。波粒二象性是量子力学理论系统的基础，诺贝尔奖获得者理查德·费曼将其称为“量子力学中一个真正的奥秘”。
　　刊于《科学》杂志上的两组独立研究，利用不同的方法对光从波形态向粒子态的转变进行了测定，以揭示光的本质面貌。两组研究都来源于理论物理学家约翰·惠勒于上个世纪80年代进行的经典实验。惠勒的实验提出，观察光子时应用的方法，将最终决定光子的行为是像粒子还是像波。
　　阿尔贝托·佩鲁(Alberto Peruzzo)佐是布里斯托大学量子光子学中心的研究员，在他的带领下，一个由物理学家和量子理论物理学家组成的团队根据惠勒的实验设计了新的方法，以同时观测光的粒子性和波动性。他们利用光分离器使一个光子纠缠另一个光子。通过对第二个光子的测定，来决定对第一个光子的测定方法。这一过程使研究者得以探索光从波的形式向粒子态转变的过程。
　　“这种测量装置检测到强烈的非定域性，证实了实验中光子同时表现得既像一种波又像粒子，”佩鲁佐说，“这对光或者是波形态，或者是粒子态的模型是非常有力的反驳。”
　　量子光子学中心的主管杰里米·奥布莱恩(Jeremy O’Brien)说：“为了进行这项研究，我们使用了一项新颖的量子光子芯片技术。这种芯片具有可重构性，即它可以根据不同的电子环路来进行编程和操控。这项技术在今天的量子计算机研究中处于十分领先的地位，而在未来，它还将带来更多有关量子力学尖端研究的重要成果。”
　　尼斯大学国家科学研究中心的弗洛里安·凯瑟(Florian Kaiser)利用纠缠光子对实现了惠勒的实验。一个光子通过干涉仪被探测到，使研究者能够测定第二个光子的状态，是像波的形式还是粒子形式，或者是二者之间。他们的实验也实现了光子从波的形式向粒子状态的连续转变。(任天)

出这个帖子的想法是为了满足同学们在吃喝玩乐之余对科学知识的了解。
我想同学们各自的知识背景各不相同，有工程、自然科学、商业、文史、艺术的等等，每个人对现代科学的理解不一。但是正是科学深刻的在改变我们客观世界，影响我们的精神认知甚至社会形态，希望有更多的同学能够了解当代科学的进步。
其实自然科学领域与人文艺术领域的互相交流和激励是非常奇妙的，如前面的光子波粒二象性实验就是受到了一幅画作的启发，这在科学史上屡见不鲜。
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2012年诺贝尔化学奖：G蛋白偶联受体

    2012年诺贝尔化学奖被授予两位美国科学家：罗伯特•莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩•科比尔卡（Brian Kobilka），以表彰他们在G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors，GPCRs）研究上所做的突出贡献。G蛋白偶联受体是环境信息进入细胞内部的门户，并触发细胞内一系列响应。大约半数药物通过G蛋白偶联受体产生效应。

背景解析：细胞表面的灵巧受体

    数十亿细胞精密地协调工作，构成了你的身体。每个细胞通过微小的受体感知环境，以适应新情况。罗伯特•莱夫科维茨和布莱恩•科比尔卡对这类受体中的重要一族——G蛋白偶联受体——取得了突破性的研究成果，因此获得2012年诺贝尔化学奖。
长期以来，细胞如何感知环境一直是个迷。科学家早已知道，肾上腺素（adrenalin）等激素可以产生显著的效果：提升血压、加速心跳。他们怀疑，在细胞表面有这些激素的某种接收器。但在20世纪的大部分时间里，人们并不清楚这些接收器由什么组成，以及它们如何工作。
    1968年，莱夫科维茨开始利用放射性同位素追踪这些受体。他将碘同位素结合到多种激素上，然后通过观测同位素的放射性，他发现了若干种受体，包括一种肾上腺素受体即β-肾上腺素受体（β-adrenergic receptor）。他的研究团队从细胞膜上提取到这种受体并初步阐明其工作机制。
    在1980年代，该研究团队取得了下一个重大突破。新加入的科比尔卡开始尝试从庞大的人类基因组中分离出编码β-肾上腺素受体的基因。为此，他采用了一种创造性的方法，并由此获得成功。研究人员在分析β-肾上腺素受体基因的同时，发现这种受体与眼睛中捕获光线的一种受体相似。这使他们意识到存在一大类受体，它们结构相似并以同样的方式实现功能。
    这就是我们今天所知的“G蛋白偶联受体”，对应大约一千个基因。这些受体种类繁多，感受对象涵盖光、味道、气味、肾上腺素、组织胺（histamine）、多巴胺（dopamine）和血清素（serotonin，即5-羟色胺）等。大约半数的药物通过G蛋白偶联受体产生效用。
    莱夫科维茨和科比尔卡的研究对于我们认识G蛋白偶联受体的功能有重要贡献。在2011年，科比尔卡取得又一突破。他和他的研究团队成功地捕获到β-肾上腺素受体被一个激素分子激活并向细胞内传递信号的瞬间图像。这幅图像本身就是分子研究的杰作——数十年探索的结晶。

通俗的说：好比你的唱机唱针或者光头是你的音响系统的传感器元件一样，音乐信号通过这些传感器进入系统，最后发出声音。
G蛋白偶联受体就是细胞的传感器元件，细胞的生理信号也要通过它传入细胞内影响细胞的功能发挥。

专访诺贝尔奖得主萨斯坎德—“真实”或许不可理解

真实是什么？也许你认为很简单，我们看到的就是真实的，但实际上，真实世界可能远远超出我们的理解力。就连美国物理学家伦纳德·萨斯坎德都认为，人类也许永远也无法理解真实世界。
　　

     美国斯坦福大学的物理学家伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）着迷于发现一些能改变物理学现状的想法。40年前，他参与创立弦理论（string theory），最初受尽嘲笑，但最终，该理论成为大统一理论的首要候选者。多年来，他一直很怀疑霍金关于黑洞的一种推测：黑洞不仅吞噬物体，还会把物体撕碎，使它们无法复原。萨斯坎德认为，这种推测违反了量子力学，结果以霍金认错而告终。此外，基于“弦景观”的理论，他还参与提出了平行宇宙的现代概念，而这个概念的提出，打碎了很多物理学家的美梦：我们这个宇宙并不是基本物理原理的唯一结果，那样解释是错误的。

　　在很大程度上，那些试图了解真实世界最深层本质的物理学家，其实都是在萨斯坎德构建的理论框架下工作。但现在，这个研究领域却发生了一件很有趣的事情：萨斯坎德怀疑，物理学家能否真正理解真实世界。

　　萨斯坎德担心，真实世界的本质可能已经超出了人类的理解能力。他并非首个提出这种观点的人。上世纪二三十年代，建立量子力学的那批科学家就分裂为实在论和反实在论两大阵营。以爱因斯坦为代表的实在论者认为，物理学的全部意义在于，描绘出一些能够反映客观现实的思维图像（mental picture，尽管这些图像可能并不完美）。而玻尔（Niels Bohr）之类的反实在论者则认为，描绘这类思维图像是一件很冒险的事，科学家作出一些经验性预言，然后来检验预言就足够了。在萨斯坎德看来，现代物理学中的矛盾和悖论证明，玻尔的谨慎是有道理的。

　　导致萨斯坎德得出这个结论的，是他的黑洞互补原理（black hole complementarity）。这个原理是说，对于落入黑洞的物体，它的最终命运是不确定的。如果从下落物体本身来看，它能无障碍地穿过黑洞视界，在到达黑洞的中心（即奇点）时被毁灭。但在一个外部观察者看来，下落物体在视界上即灰飞烟灭。那么，到底发生的是哪种情况？根据黑洞互补原理，这个问题是没有意义的：两种解释都成立。  

　　还有一个类似的、倾向于反实在论的观点是全息原理（holographic principle）。该原理是由萨斯坎德和1999年诺贝尔物理学奖得主、乌得勒支大学的杰拉德·特霍夫特（Gerard 't Hooft）在上世纪90年代分别提出的。他们认为，发生在任意时空区域内的事情，都可以等价地解释为发生在该区域边界上的事情。尽管我们通常认为，物体总是在三维空间中运动，但我们也可以把它们等效地看成是在二维表面上滑动的扁平斑点。那么，哪种情况才是真实的：边界还是内部？全息原理并没有告诉我们。在全息猜想中，真实与我们看问题的角度有关。

　　为了更好地理解前沿物理研究中“确凿证据”与“未证实的猜想”之间的关系，我们请萨斯坎德讲述了他的思想是如何演化的。



《科学美国人》：一个管道工的儿子是怎么走上质疑真实本质之路的？

萨斯坎德：高中时，我不是一个乖学生。我很擅长数学，却是一个“坏小子”，惹过很多麻烦。结果，这让我失去了接受正规物理学教育的机会，只能去学汽车物理专业。我就读的大学是一所工程类院校，但我的第一门物理学课程，就是从这里开始的。我在物理学上表现出的天分远超其他人，甚至我的物理学教授都不如我。幸运的是，虽然我能做一些连教授也做不到的事，但我们之间从没有发生争论。后来，一个工程学教授告诉我，他认为我不应该去当工程师，我的路没有走对。我问他：“那我应该做什么？”他说：“你不是一般地聪明，应该成为一个科学家。”


《科学美国人》：你上过什么哲学课程吗？

萨斯坎德：我在大学上过。我对一些哲学概念非常着迷。当我真正迷上物理学的时候，我对哲学就没有太大的兴趣了。


《科学美国人》：你有没有喜欢的科学哲学家？

萨斯坎德：就我所知，我是少有的喜欢托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的物理学家。他是一位研究科学史的学者，同时也是一位社会学家。他提出了一个基本理论，可以描述当科学范式发生改变时会发生什么情况。新的科学范式建立起来以后，我们看问题的角度会立即转变。一些全新的观点、概念、抽象过程和图像也会变得彼此相关。相对论就是一次很大的范式转变，量子力学也是。所以，我们在不断创造新的实在论理论。虽然它们不会完全取代旧有观念，但在新理论中，那些能更好发挥作用、能更贴切地解释自然本质、不为人们所熟知、会使人们质疑“真实”是什么的概念，仍会在很大程度上替代旧观念。然后，下一轮的范式转变又会到来，如此周而复始。我们常会感到惊讶的是，旧有思维方式，也就是我们建立的那些理论框架，或者数学工具，能轻易束缚我们的思维。


《科学美国人》：在思维的整个重塑过程中，有没有“客观实在”存在的空间？

萨斯坎德：每个物理学家都会有这种感觉：这个世界存在着一些客观规律，而我们的工作就是弄清楚这些客观规律是什么。如果没有这种“存在客观规律”的感觉，你就很难成为一名物理学家。客观规律存在的证据就是，实验是可重复的。如果你踢一块石头，会伤到你的脚趾。如果你踢一块石头两次，你的脚趾就会受伤两次。不管你在这块石头上做多少次相同的实验，你总会得到相同的结果。

　　这就是说，物理学家几乎从不谈论“真实”。问题在于，人们通常更倾向于用生物学、进化论，以及我们的身体结构和神经架构来解释“真实”，而不是用物理学。我们是自己的神经架构的“囚徒”。我们能想象出一些事物，但想象力是有限的。

　　爱因斯坦那抽象的四维几何概念很难凭空想象。通过数学描述，它就会变得直观、形象。当相对论突然出现时，很多人都感到困惑：“真实”的时间怎么了？“真实”的空间又怎么了？虽然相对论因此陷入这些可笑的争论之中，但“游戏规则”没变：我们已经从相对论中提取出了清晰而准确的数学规则，这些规则存留至今，而那些关于真实的陈旧观念却已消失不见。

　　所以我说，不要理睬“真实”这个词。让我们在不提“真实”这个词的情况下来进行讨论。这个词不会给我们多少帮助。“可重复”比“真实”这个词要有用得多。


《科学美国人》：那量子力学呢？根据那个理论，用同样的方法踢同一块石头会产生不同的结果。

萨斯坎德：那是个大问题，不是吗？在量子力学中，有两个概念颠覆了我们对真实的传统看法。一是所谓的纠缠，一个非常怪异的现象：你可以知道一个复合系统的一切特性，却无法了解系统中那些单个组成的任何事情。这是一个很好的例子，说明我们的生理结构有多么简单，以至于抽象能力如此孱弱，也说明了我们对真实的感觉为何容易受到影响。
　　另一个真正重创传统“真实”观念的概念是海森堡不确定原理。如果你想同时描述一个物体的位置和动量，你会发现根本做不到。你应该考虑的是，确定这个物体的位置，或者是它的动量，别想同时确定这两个物理量。


《科学美国人》：这就是物理学家所谓的“互补性”？

萨斯坎德：完全正确。事实证明，黑洞视界的数学原理与不确定原理极为相似。这又是一个“或”与“和”的问题。在传统观念看来，我们可以同时说，有些东西落入了黑洞，有些东西没有落入黑洞；或者说有些东西在黑洞外部，有些东西在黑洞内部。我们得到的教训是，这是一种错误的思考方法。不要尝试同时去想发生在视界内外的事情，它们是对同一件事的不同描述。你可以这样描述它，或者那样描述它。这意味着我们必须放弃“在某个确定的位置上，存储着一比特的信息”这样的旧观念。


《科学美国人》：如果我没理解错，全息原理把黑洞的互补性原理推广到了整个宇宙。

萨斯坎德：对。假设我们想精确描述一些系统。为了以极高的精度探测系统，你需要很多能量。当你尝试获得越来越高的精度之时，你最终会发现，你将开始制造黑洞。一个黑洞内部的信息都在这个黑洞的表面上。所以，当你对系统的描述越细致、越精确时，你最终得到的结果是，信息都存在于边界上。

　　对真实这个概念，有两种不同的描述：真实是环绕着边界的时空区域，或者环绕这个时空区域的边界。那么，到底哪个描述是正确的？这个问题没法回答。我们既可以把一个物体看成是时空区域内部的一个物体，也可以把它看成是一个由时空区域的边界信息拼凑出来的、复杂的集合体。两种描述不可以同时考虑。只能是第一种或第二种描述。这就像一个东西是另一个东西的不规则映射，令人感到不可思议。


《科学美国人》：弦论的最初目标是要对真实世界给出一个唯一解释。但现在，它告诉答案却是多重宇宙。这当中到底发生了什么？

萨斯坎德：很大一部分物理学家已经不再执著于把我们的世界解释成一个独一无二的、数学上唯一可能存在的宇宙。现在的答案是多重宇宙。在物理学界，不仅每天都有人研究这个理论，而且已经没有一致性的、强烈的反对意见了。   

　　1974年，我有一段有趣的经历，那是关于科学共识如何形成的。当时，人们正在研究还未得到证实的强子（一种亚原子粒子，如质子和中子）理论，也就是所谓的量子色动力学（quantum chromodynamics），简称QCD。在一个物理学会议上，我做了一次调查：“在场的各位，我想知道你们觉得QCD正确的概率有多大？”。结果，没有一个人认为QCD正确的概率会超过5%。我再问，“那你们现在都在研究什么呢？”QCD，QCD，还是QCD。他们全都在研究QCD。共识已经达成，但出于一些奇怪的原因，人们有时候喜欢展现自己善于怀疑的一面。他们想表现得严谨、认真、不那么容易妥协。对多重宇宙理论，物理学家也有类似的态度。很多物理学家不愿意直接承认说，“看，我们不知道还有其他理论”。

　　宇宙非常非常大。根据经验，我们知道它的体积至少要比我们看得见的部分大1 000倍。暴胀宇宙理论的提出，告诉了我们这样一种可能性：宇宙在足够大的尺度上是千奇百怪的。对我们来说，弦论就像一个万能工匠，让我们可以将一堆积木用数不清的方法堆积在一起。所以，试图解释“为什么我们这个世界恰好是这样的”是没有意义的。这是因为，在其他地方，还有着很多很多与我们不同的世界。不可能存在可以解释一切事物的万能理论，就像不可能有一种理论会说，一颗行星的平均气温是15℃一样。任何想通过计算来说明行星气温是15℃的人都是愚蠢的，因为很多行星的温度明显不是15℃。

　　但是，没有人知道多重宇宙的基本规则。它只是一幅图像。没人知道如何利用它来作出预言。永恒暴胀的过程只是不断产生“泡泡”，而且每种“泡泡”的数量都可以不受限制。这就意味着，一种宇宙与另一种宇宙的比例，可以是无穷比无穷。由于我们太想得到一个概率分布图，从中获知某种宇宙的形成概率是否比另一种大，从而据此作出预言，因此我们已经逐渐远离那幅原本令人信服的图像，踏上了歧途：妄想测量无穷的概率。如果暴胀理论最终崩溃，那么这就是它崩溃的原因。

《科学美国人》：有没有可能在没有哲学思考的情况下做理论物理研究？

萨斯坎德：大多数伟大的物理学家都有相当强的哲学立场。我的朋友费曼虽然讨厌哲学和哲学家，但我很了解他，他有很深厚的哲学背景。你有什么样的哲学倾向，就会选择思考什么样的问题。但是，我也有一种强烈的感觉，就是在科学发展过程中，令人惊奇的事情发生时，常会面临哲学偏见的阻碍。人们普遍认为，科学研究就是一种流水线式的工作：做实验，得出结果，分析结果，然后你就有了科研成果。但实际上，科学进程与其他任何事情一样，都有人为因素，同样混乱、充满争议。


采访 彼得·伯恩（Peter Byrne）

局部真理，可不是＂围城＂里的＂局部真理＂噢，哈哈

胰岛素传奇

我是一个尤其爱看电影的人，喜欢看里面一段段精彩绝伦的故事，它可以带你回顾任意一段历史或是无限构想遥远的未来。当我着手准备这篇胰岛素史话的材料时，我发现关于这段历史的演绎有着不输给任何一部好莱坞励志大片般的精彩。无论是其中的历史人物或是他们的人生轨迹可以说不用任何的渲染就应该是一部奥斯卡金像奖的好脚本。在这段历史里讲述的不止是人类文明永不会停歇的智慧探索和社会进步，更诠释着人生的执着与成功；忠诚与无私以及命运的波澜无常。下面就让我们一同走入这段胰岛素的传奇中吧。

溯源
如果说胰岛素的成功是一个传奇的话，那么造就这个传奇的最终力量应该来源于一个古老的疾病-糖尿病。
距今三千五百年前，古埃及就已经有对糖尿病的简单叙述，两千多年前，希腊医生亚的阿勒特奥斯把这种主要症状为“排泄多且甜的尿液”的疾病命名为“Diabetes”即糖尿病；1675年，英国医学家托马斯威尔士给这个疾病的用拉丁文定义了一个新的标注“Mellitus”，意为“蜜”，而到了1776年，马修多不森通过科学实验证明尿液中的甜味确实是糖分。东方也很早就对糖尿病有所认识，我国东汉名医张机就在《金匮要略》中对糖尿病症状写下诸多描述；而隋末唐初的《古今录验方》对糖尿病也有记录。
一直以来，人们只能做到识别这种疾病而全无任何应对方法。古印度人发现如果谁的小便会招来蜂拥而上的蚂蚁，谁就肯定患上了这种疾病。我国民间有的说法是，猪跟着谁跑，谁就有糖尿病。还有就是狗会去舔糖尿病患者的尿夜，因为那很甜……直到时间转入二十世纪之前，人类对糖尿病完全束手无策。一旦患上糖尿病就等于被判死刑，患者只能坐以待毙，别无他法。但是就像恒古以来人类文明一次次的面对困扰而又总会迎来转机一样，这个“甜蜜”的疾病也许正在等待着可以“点化”它的人出现。

曙光
既然说胰岛素是一个传奇，那么传奇的开端总是富有戏剧色彩的，机缘与探索如命运安排般交织着它的序幕。繁文太长，在此仅以精简的段落陈诉出那一段段曾经的由来。
1869年，年仅22岁的德国医学院学生，兰格尔汉斯（Paul Langerhans）在毕业论文里描述了在显微镜下可以观察到的胰脏周围组织不同的岛状细胞团（就是我们今天所说的“胰岛”），并且推测说，这些岛状细胞团可能是分泌激素的。可这位天才并没有受到重视，评委认为他的论文毫无新意，认为那些所谓的“岛状细胞团”其实不过是一些淋巴结……天才兰格尔汉斯的运气实在太差，只能混个学位就卷铺盖走人，不到二十年之后，在他41岁时死于尿毒症。许多年后，人们为了纪念他，将“胰岛”也称为“兰格尔汉斯岛”。
1888年俄国科学家巴普洛夫对消化生理进行研究，并通过对狗的瘘管手术研究了食物与消化液之间的关系并深入研究并确认了胰脏分泌物的消化功能。并因以上贡献获得了诺贝尔生理与医学奖。
1889年，受到俄国科学家巴普洛夫的启发，两个德国科学家梅林和明科斯基开始探索胰腺到底在消化过程中起到了什么作用。但是在工作中他们却偶然发现了胰脏被切除的狗，尿液是含糖分的——被切除了胰脏的狗的尿液招来了大量的苍蝇——他们俩意识到这狗“患”上了糖尿病。通过尿液化验，他们发现那只狗的尿液里确实有很高的糖分。这次试验目的以外的发现却开启了另一扇将改变人类健康命运的大门。胰脏与糖尿病的关联关系得以确认。这个发现使全世界的科学家们开始忙活起来，他们必须搞清楚胰岛所分泌的激素究竟是什么？又将如何提取这种神秘的激素？无数的人前仆后继，一晃好几个十年过去，却毫无进展。

传奇
一转眼到了一九一七年，一个叫班廷的加拿大年轻人终于拾起了这把掌握着人类健康命运的钥匙，一段胰岛素的传奇就此展开。这个加拿大小伙起初的经历看起来时运相当不济——1917年他从多伦多大学毕业的时候，其实并未得到应有的完整的医学训练，因为当时全世界都受到了第一次世界大战的影响，最后一年班廷没上什么课，整年只记了五页笔记，就被征召入伍成为陆军医官，并上法国前线参与了坎伯拉之役，战役中班廷英勇负伤。当时有医生主张给班廷截肢，班廷非常倔：“我非要留下这只胳膊不行！我是一名外科医生，没有胳膊，就等于没有了生命!”——事实证明他是对的。
战争结束之后，回国的他竟然找不到像样的工作，只能到一个边远的小镇开了个诊所，生意惨淡。为了糊口，他又跑到当地一所医学院兼课，他的关于糖尿病的知识就是为了给学生讲课现学现卖的。1920年10月30日，班廷备课的时候读到一份病例报告说，一个病人的胰脏导管被结石堵塞之后，分泌消化酶的消化腺萎缩了，可是胰岛细胞却依然存活良好。这次偶然的阅读给班廷却铸就了人类历史上的最伟大的发现之一。

胰岛所分泌的激素之所以难以提取，就是因为胰蛋白酶的存在——这种胰脏分泌的消化酶其实也是一种蛋白质，但是却能够降解其它的蛋白质；在班廷之前，早就有很多科学家认为胰蛋白酶会降解他们想要提取出来的那种神秘激素。班廷的灵感说来也简单，他想的是：要是模仿结石阻塞的状况，把狗的胰脏导管用手术结扎，等消化腺萎缩之后，再提取神秘激素不就行了么！
小地方设备不够，班廷需要支持。于是，小伙子跑回母校多伦多大学，找到当时的糖尿病权威麦克劳德教授。这对班廷来说可是破釜沉舟，他关掉了自己的诊所，辞去了兼课的工作——还要面对亲友同事的善意劝阻。可是麦克劳德却不冷不热。其实这也是有原因的，小伙子要解决的是无数人前仆后继都未能解决的，这个二十几岁的小伙怎么看着都像是异想天开而已。可是最终麦克劳德还是答应了班廷，不是因为他独具慧眼，而是因为班廷要的东西实在是太容易满足了——他只要十条狗，一个助手，八个星期。麦克劳德给班廷分了个阴暗狭窄的小房间并派了个嘴上没毛的只有21岁的医科学生查尔斯·贝斯特，当然还有十条狗。两三年之后，这个叫查尔斯·贝斯特的傻傻地只知道听话的小伙子成了历史上运气最好的人之一。
试验的进展注定是不会顺利。给狗做胰脏导管结扎手术，对班廷来说显然是小菜一碟，贝斯特也是个勤奋认真的小伙子；可是他们从已经萎缩的胰脏中提取出来的物质并不起作用。他们要先把一只狗变成糖尿病狗，然后再用给另一只狗做胰脏导管结扎手术，等到这只狗的胰脏萎缩之后，通过手术摘取出来，提取他们想要的物质，而后再注射到糖尿病狗的静脉中去——然后通过检测这条糖尿病狗的血糖水平来判断他们提取的物质到底是不是真的有用。
八周很快就过去，狗一条又一条地死掉，实验依然没有实质性的进展。贝斯特早看出来班廷是不可能继续给自己开支的，就说，“反正我要跟你干完，将来有钱了呢，就把工资还给我；咱们要是没干成呢，就一笔勾销算了。”而麦克劳德对班廷和贝斯特的进展倒是不闻不问，自顾自去欧洲讲学去了。天气越来越热，实验环境越来越差，可是却真的出现了转机——终于有一天，贝斯特有点迟疑地说，“不知道我测的准不准，刚刚我们注射的那条狗的血糖降到了正常水平……”班廷和贝斯特死盯着那条狗，一小时内，眼睁睁看着那条糖尿病狗从连头都抬不起到可以坐起来，再到竟然可以站起来！
那个无数医生、科学家梦寐以求的神秘物质终于被这两个年轻人揭开了面纱。他们俩为之取名为“岛素”——就是我们今天说的“胰岛素”（Insulin）。
实验只成功一次显然是不够的，实验必须能够重复才算是成功的实验。动物来源很快成了问题，也许只有真实面临困境，才能情急生智。班廷想到了屠宰场，带着贝斯特跑了好几个屠宰场才搞到9只牛的胰脏。回来的路上两个人才想到其实根本就不用什么胰脏导管结扎手术——现在拿到的直接是胰脏，那就可以用酸化酒精破坏消化液，防止胰岛素被降解。接下来的实验过程中，两个人反复慨叹这么简单的方法怎么才想到？其实相对于其他人来说，他们俩真的已经是无比的幸运了，因为尽管不停地遇到困境，但毕竟都在短短十几周内解决掉了；要知道有多少一点都不比他们笨、甚至可能比他们更勤奋的人努力了十几年、几十年，也竟然一无所获……
班廷和贝斯特从屠宰场回来后，把牛胰脏用酸化酒精处理之后提取出来的胰岛素果然好用，糖尿病狗的血糖在注射牛胰岛之后直线下降。现在的问题是，这种动物身上提取出来的胰岛素能否用在人的身上呢？班廷决定先在自己身上注射，但贝斯特认为应 当由他来冒险，理由是“你的技术更熟练，更应该受到保护的是你。”班廷当然不同意。两人争论不休，最后班廷表示再考虑一天，两人相约第二天再做决定。当天晚上，两人不约而同地各自偷偷在自己身上注射了牛胰岛素，完成了人体实验，确定牛胰岛素应用在人体是安全的，这种无私和无畏也终将带给他们好运。
幸运接踵而来。1922年2月8日，班廷医学院的一位同学乔由于患上了糖尿病，并迅速恶化，生命垂危之际利斯特抱着一线希望来到了班廷的实验室，请求在自己身体上试用仍在试验阶段的牛胰岛素。贝斯特为他注射了一针牛胰岛素，而后大家静观其效。时间一点一点过去，大家却观察不到任何效果。班廷按捺不住了，不敢正视乔的眼睛，直接跑出了实验室。他觉得自己从动物身上提取出来胰岛素对人体不起作用。而乔看着班廷冲了出去，明白过来自己的最后一线生机其实只不过是良好愿望，沮丧不已。犹豫中的贝斯特劝说乔再注射一定的剂量，而乔实际上现在连拒绝的力气都没有了。奇迹发生了，仅几分钟的功夫，乔表示说自己感觉好多了；有过一会儿，乔说自己已经很久没有觉得自己的脑子如此清醒，两腿也不再沉重了……贝斯特冲出大门，把好消息告诉了正垂头丧气的班廷。
乔吃了一顿正常食量的晚餐——几年来的第一次。乔大喜过望，以为自己痊愈了，可第二天症状又出现了。贝斯特按照昨天的总计剂量又给乔注射了一针胰岛素，乔再一次恢复。可是，困境马上又出现了——只不过两次注射，乔已经用光了班廷和贝斯特所拥有的所有胰岛素。直到这个时候，麦克劳德才开始觉得坐不住了。没有任何理由再继续观望下去。麦克劳德丢下手中所有的工作，调动自己的全部资源，投入了胰岛素实验的后据工作。草台班子变成了正规军。随后为了解决量产与杂质的问题，他们与美国的礼来药厂 (Eli Lilly and Co.) 合作，成功地从屠宰场取得的动物胰脏中，分离出足以提供全球糖尿病患使用的胰岛素。在不到两年的时间内，胰岛素已在世界各地的医院使用，取得空前的成效。
一九二三年十月，瑞典的卡洛琳研究院决定将该年的诺贝尔生理及医学奖颁给班廷及麦克劳德两人。班廷得知消息后，马上宣布将自己的奖金与贝斯特平分；稍晚，麦克劳德也宣布将奖金与另一位参予研究的生化学者柯利普共享。
其实，班廷致死都没明白一件事情：实际上当初那个让班廷勇往直前的“灵感”实际上根本就是错误的。给狗的胰脏导管做结扎手术根本就是没必要的；甚至后来用酸化酒精处理牛胰脏也是没必要的——因为胰蛋白酶在没有被分泌出胰脏之前，是没有活性的，只不过是我们今天所说的“酶原”而已。
也许这就是历史，这就是传奇吧。太多通往奇迹终点的路都是无章可循的，有时候一次意外，一个错误反而却找到了那唯一的正确路径。但毋庸置疑的是，一切伟大功绩的背后都印记着创造者的艰苦努力，命运总会把幸运留给最努力的人。

尾声
班廷时代的胰岛素现在看来只是粗制品。班廷和麦克劳德获奖二十多年之后的1955年，英国的圣格确定了胰岛素的结构，并完成了胰岛素的纯化工作，他也因此获得1958年的诺贝尔化学奖。
再后来后来班廷和麦克劳德将胰岛素的专利以一元钱的价格转交给了多伦多大学。用人类最伟大的精神“奉献”给自己的功绩画上了一个完美的句号。
1923年胰岛素作为商品上市，据粗略统计，当年有近8000名医师对25000多名糖尿病患者使用了该药。为纪念班廷的巨大贡献,世界卫生组织和国际糖尿病联盟将班廷教授的生日——11月14日定为“世界糖尿病日”。班廷基金会也因此而诞生。美国著名糖尿病学家Elliott Joslin曾写下这样一段话：“1897年，1个被诊断为糖尿病的10岁男孩的平均生存期是1.3年，30岁和 50岁的糖尿病患者生存期分别是4.1年和8年。而到了1945年，10岁、30岁和50岁诊断糖尿病的患者却可继续生活45年、30.5年和15.9 年。”
八十余年来，胰岛素的剂型不断推陈出现，目前已发展为速效、短效、中效、长效和预混胰岛素等多种剂型。从不同浓度到牛，猪、重组人胰岛素等不同来源；从结晶胰岛素、纯化胰岛素、人工合成胰岛素等不同纯度到皮下注射，胰岛素笔，胰岛素泵以及口服、经鼻、经眼、经直肠、经皮肤等无创途径。人类对胰岛素探索的脚步从未停歇。并且相信通过一代又一代人的努力我们终将会彻底治愈糖尿病，摆脱对药物的依赖，续写人类战胜疾病的新传奇。

用LED灯上网

德国物理学家哈罗德·哈斯发现，LED 灯能以人眼觉察不到的速度高速闪烁，通过这种方式，LED 灯就可以快速传输二进制编码。只要把一个微小的芯片插入每一个潜在的照明设备中，这些照明设备就能成为高速数据传输的潜在载体。哈斯把这种用可见光无线传输信息的方式称之为 LiFi，这被《时代》周刊评为 2011 年最伟大的 50 个发明之一。

故事从一个德国物理学家的灵感乍现开始。有一天，哈罗德·哈斯（Harald Haas）盯着白色LED灯发呆，他突发奇想，如果世界每个角落的灯泡都能传输数据该多好？作为一名物理学家，他立刻对这一设想展开论证：我们现在用来传输数据的是电磁波，准确地说，是电磁波中的无线电波，光也是电磁波，为什么不可以？于是他在爱丁堡大学开始了他的研究。他注意到LED有个特殊的性能，它很敏锐，能以人眼觉察不到的速度高速闪烁，通过这种方式，LED 灯泡可以快速传输二进制编码。

在 2011 年 7 月的 TED 全球大会上，他设计了一个演示装置：通过一盏装着价值 3 美元 LED 灯泡的普通台灯控制大屏幕的视频播放。一段植物生长的高清视频，有光照就能继续，光被遮挡就停止。他环顾四周，向观众提出了一个伟大的设想：“看看我们的周围，哪里都有一盏灯。看看你的手机，它也有灯，LED 灯。它们都是未来高速数据传输的潜在载体！而我们所要做的就是把一个微小的芯片插入每一个潜在的照明设备中。”他把这种用可见光无线传输信息的方式称为 LiFi，并为之申请了专利。

现在，日本、德国、英国、荷兰、美国和中国都在研究这种用灯泡传输信息的方式，最高 500mbps 的通信速度已经是 2010 年的纪录，如果采用特殊的 LED 灯，哈斯认为速度能达到 1Gbs 甚至更高。这就是说，传输一部10G的高清电影只要不到半分钟。《经济学人》评论说：“在这个 Wi-fi 和蓝牙横行的年代，使用闪光可能有点像回到用奥尔迪斯手提信号灯发送信息的年代。

事实上，他们正是有人称之为Li-Fi的高速、廉价的无线通讯系统的鼻祖。”



Li-Fi 的好处

在“云计算”已经成为人们寄予厚望的未来的现实下，数据爆炸的问题逐渐凸显。我们通过无线电波传输数据，但是无线电波能够提供的数据传输能力已经无法满足当今世界的需求，无线电波在整个电磁频谱中只占很小的一部分，随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。当你在咖啡店中上网时，如果周围上网的人越来越多，那么你会发现网速变得很慢，3G 移动网络也是如此。用无线电基站传输数据也十分浪费能源，因为现在的基站的效率非常低，只有 5% 能量被用来传输无线电波，剩下的 95% 都在冷却基站。

光传输信息是一种原始有效的方式，哈斯将 Li-Fi 描述为“类似于火炬发射摩尔斯码，但速度更快，而且使用了计算机能懂的字母表。”它是无线电传输以外另一种不错的选择：可见光仍有大量可供开发的空间，可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍，这意味着可见光通信能带来更高的带宽，哈斯有信心，这项技术能带来高达 1Gbps 的数据传输速度；LED 灯本来就已足够高效，在无线电基站面前，优势就更加明显了。

最重要的一点，在飞机上，在医院里，在这些无线电波使用受限的空间里，可见光无处不在。另外，如果你在家需要保护数据的隐私，拉上窗帘就可以——光到不了的地方，数据也就到不了。能穿透墙壁的无线电波，给窃听带来了可能。

哈斯甚至设想了一种可见光通信和无线电通信互为补充的未来。如果手机使用光通信，而接收器被阻挡，信号被切断，而你又需要使用设备发送信息，那你可以无缝地切换至射频信号，就像现在的 3G 和 GSM 信号能无缝切换类似。



应用前夜

Li-Fi 被《时代》周刊评为 2011 年最伟大的 50 个发明之一。在2012年末，这项技术已经快要走入人们的生活。

让手机用上 Li-Fi，是 Li-Fi 走向大众消费市场的最快路径，已经有厂商在实验。卡西欧今年 3 月就发布了两部使用可见光进行数据传输的智能手机样机，它们之间可以通过改变屏幕背光的亮度传输数字信号。光线闪动很微弱，人眼无法感知，但另一部手机的摄像头能够在十米的范围内检测到。虽然两部手机交换的信息量并不多，但足以让人兴奋，因为稍微发散一下就会有一大把颠覆性的点子：若是能对准商店的招牌读取灯光里的信息怎么样？二维码是不是可以退役了？麻省理工的学生们确实在研究通过可见光传输的隐形二微码，可以在手机间传输短链，打开就是视频。

现在的现实增强技术也不够好，比如那些拿起手机照相就能告诉你那是哪幢楼的应用，都是靠 GPS 定位系统和电子罗盘确立方向和位置，这些传感器到了室内就不灵光了。可见光通信也能解决这个问题。

巨头们也积极参与这项技术的应用研发，三星在 2010 年就开始利用搭载 LED 背光的 LCD 平面显示器试验可见光通讯，西门子通过白色LED可见光通信，实现了最高 500Mbps 的通信速度。鉴于 Li-Fi 巨大的市场前景，卡西欧、三星甚至与 NEC、松下电气、夏普、东芝与 NTT 等企业一道成立了可见光通讯联盟。

在中国，清华大学的李漪阳博士已经在清华的实验室里模拟了家庭利用光源连接电脑、手机、电视机的环境，在实验室 20 米的范围内，运作良好。扬州世杰光电，一家留美博士徐正元创办的可见光通信公司已经做出了供矿井通讯使用的系统。矿工们用头盔上的 LED 照明灯就可以交换信息，只要用这盏小照明灯发送不会引起静电的波段，矿工手里的通讯设备就可以使用。利用矿井下隧道两侧的照明灯还能接入网络，及时将矿下数据与地面进行传输，从而使矿井更加智能。他们目前正在实验室开发让人们能在飞机上打电话上网的光通信产品。徐正元已经改造了他们的办公室，走进去，打开LED灯，电脑就能上网，这看起来让人惊奇的事情，用不了多久就会变得稀松平常了。

如果你要对量子物理的思想有所了解，请看曹天元先生的量子物理通俗简史：《量子物理史话-上帝掷骰子吗》。这是科学性和故事性的完美结合，具有超级影响力的科普佳作。曹天元兼具科学素质和文学修养，他的《上帝掷骰子吗：量子物理史话》是一本罕见的、精彩的、由非科学家谈论科学的作品。它表明：科学不是科学家的禁脔，科学对于公众来说，经过努力也是可以亲近的。

爱因斯坦：玻尔，亲爱的上帝不掷骰子！
玻尔：爱因斯坦，别去指挥上帝应该怎么做！
霍金：上帝不但掷骰子，他还把骰子掷到我们看不见的地方去

序

如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代，那么有两个时期是一定会入选的：17世纪末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志，宣告了现代经典物理学的正式创立；而后者则为我们带来了相对论和量子论，并最彻底地推翻和重建了整个物理学体系。所不同的是，今天当我们再谈论起牛顿的时代，心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠；而相对论和量子论却仍然深深地影响和困扰着我们至今，就像两颗青涩的橄榄，嚼得越久，反而更加滋味无穷。

　　我在这里先要给大家讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传奇，由一个不起眼的线索开始，曲径通幽，渐渐地落英缤纷，乱花迷眼。正在没个头绪处，突然间峰回路转，天地开阔，如河出伏流，一泄汪洋。然而还未来得及一览美景，转眼又大起大落，误入白云深处不知归路……量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念。

　　量子理论是一个复杂而又难解的谜题。她像一个神秘的少女，我们天天与她相见，却始终无法猜透她的内心世界。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。但量子论究竟带给了我们什么？这个问题至今却依然难以回答。在自然哲学观上，量子论带给了我们前所未有的冲击和震动，甚至改变了整个物理世界的基本思想。它的观念是如此地革命，乃至最不保守的科学家都在潜意识里对它怀有深深的惧意。现代文明的繁盛是理性的胜利，而量子论无疑是理性的最高成就之一。但是它被赋予的力量太过强大，以致有史以来第一次，我们的理性在胜利中同时埋下了能够毁灭它自身的种子。以致量子论的奠基人之一玻尔(Niels Bohr)都要说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”

　　掐指算来，量子论创立至今已经超过100年，但它的一些基本思想却仍然不为普通的大众所熟知。那么，就让我们再次回到那个伟大的年代，再次回顾一下那场史诗般壮丽的革命，再次去穿行于那惊涛骇浪之间，领略一下晕眩的感觉吧。我们的快艇就要出发，当你感到恐惧或者震惊时，请务必抓紧舷边。但大家也要时刻记住，当年，物理史上最伟大的天才们也走过同样的航线，而他们的感觉，和我们是一模一样的。

肥胖症的5大危害

超重对健康的危害可能会吓你一跳。
　　

    众所周知，严重超重会增加心脏病、中风和糖尿病的患病几率，而患有肥胖症（obesity），也就是体重超过标准体重上限20%以上的人却在不断增多。据估计，到2030年，美国的肥胖症患者将比现在多6 500万；相应地，心脏病和中风患者会增加600万甚至更多，Ⅱ型糖尿病患者则会多出800万。很多医生已经注意到，在许多家庭中，祖父母比他们的后代更健康、长寿。
    这些数据已经非常惊人，但更可怕的还在后面：过去几年的研究显示，我们为肥胖症大流行所付出的真实代价远非这些数据所能描述。目前的研究证实，超重会影响心理健康（加剧抑郁症和阿尔茨海默病）、性功能以及日常生活质量——尤其是当我们变老的时候。科学家认为，在几种恶性肿瘤中，包括结肠癌、肾癌和食道癌，可能有25%的病例是由肥胖症发病率升高和人们缺乏锻炼导致的。
    右边是一幅发人深省的图示，基于最新的解剖数据制作而成，它展示了肥胖对我们的身体可能造成多么广泛而深远的影响。
    胃灼热：2005年一项针对450人进行的研究发现，患肥胖症的成年人出现胃灼热症状的可能性是体重正常的人的2.5倍。一个可能的原因是，内脏脂肪（visceral fat）可能会将胃推向胸腔。
    呼吸困难：内部器官外围的内脏脂肪比皮下脂肪（subcutaneous fat）更危险。从图中你可以看到，内脏脂肪从隔膜下方挤压隔膜（diaphragm），使肺部（图中绿色所示）更难扩张，从而限制了呼吸。
    关节疼痛：超重给膝盖增添了很大的负担。在这张图中，关节损伤（arthritic damage，图中白色所示）使膝关节疼痛，并限制了它的活动范围。
    抑郁症：许多研究表明，肥胖可能是抑郁症的一个重要诱因，这或许是由于肥胖症患者的生理状况和社会声誉都会受到影响。图中显示的是，大脑皮质中的神经元发生收缩而出现畸形。
    性功能障碍：由脂肪细胞释放的炎症性化学物质（inflammatory chemicals），不仅可能损害阴茎的分支状神经（上图），还会攻击阴蒂的血管（下图），致使肥胖男女无法享受性爱。

    本文来自《环球科学》2012年第2期，转载请注明出处。

中国科学家量子研究成果获国际学术界高度评价
中新社合肥1月6日电 (记者 吴兰)记者6日从中国科技大学获悉，中国科学家大尺度量子信息处理实验成果获国际学术界高度评价，在国际权威学术期刊《自然》杂志2012年底推出的年度回顾特刊中，该校潘建伟小组实现百公里自由空间量子隐形传态和纠缠分发的研究成果被选为年度十大新闻亮点，同时该成果还被美国《科学新闻》评选为2012年度25项重大科技进展之一，并以“量子跳跃”为题进行专题介绍。
据悉，要实现量子信息科学的核心目标——实用化量子计算和远距离量子通信，关键是通过发展多粒子量子系统的相干操纵技术，实现可扩展的大尺度量子信息处理。2012年潘建伟小组在这一研究领域取得一系列重要进展。其中，8月9日《自然》杂志以封面标题形式发表的这一研究成果，通过地基实验坚实地证明了实现基于量子卫星的全球量子通信网络和开展大尺度基本物理问题实验检验的可行性。《自然》评价认为，在量子通信领域，中国用了不到十年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅；中国将领先于欧洲和北美发射量子科学实验卫星，建立起首个全球量子通信网络。
此外，潘建伟小组还利用自主发展的高亮度、高纯度量子纠缠源技术，在国际上首次实现八光子薛定谔猫态，刷新由该小组保持的多光子纠缠态制备的世界纪录，论文发表在《自然。光子学》上；利用八光子纠缠“簇态”，在国际上首次实验实现了拓扑量子纠错，这是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》杂志上的首篇“长文”。
与此同时，潘建伟小组还成功实现长寿命、高读出效率的量子存储，该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果，朝着最终实现实用化的量子中继器迈进重要一步，论文发表在《自然·物理》上。
潘建伟小组取得的上述系列重要进展受到国际学术界的广泛关注，《自然》、《科学》、《科学美国人》和《新科学家》等国际著名科学杂志及欧洲物理学会新闻网“物理世界”、美国物理学会新闻网“今日物理”等，都曾专题聚焦其在量子领域的成果。

老兄谦虚了，不敢当啊。我觉得第一种认识论容易理解些。但对“某个个人的作用是无足轻重的，其发现迟早会有别人代劳或被取代”，这句话还是有些保留的，虽然“其发现迟早会有别人代劳或被取代”，但这个“迟早”或许并不“早”，会推迟很久很久也未可知啊。第一种认识论有些“唯物”，第二种显得“唯心”。