中子星的核心有什么？

在60年前，人们还认为质子和中子是物理学中的基本粒子，不可再分。

可是，在1964年的时候，盖尔曼提出了夸克假说，指出质子和中子其实都是由夸克组成的，其中质子由2个上夸克（每个带2/3正电荷）和1个下夸克（带1/3负电荷）组成，中子由1个上夸克和2个下夸克组成。除了上下夸克之外，还有奇夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克四种夸克，可以组成其他 重子 。

虽然盖尔曼的说法逐渐被人们信服，但是科学家们始终无法检测夸克的存在。不论他们如何用越来越强大的粒子对撞机进行撞击，都无法从质子中轰出夸克来。为了解释这个现象，科学家们提出了 夸克禁闭 的概念，指出随着夸克之间是通过一种叫做“ 胶子 ”的粒子相互吸引的，并且 随着距离越远，胶子为夸克之间提供的作用力反而越强 ，因此越难被分离，导致我们无法单独观测夸克。

实际上，尽管有夸克禁闭存在，但科学家相信，在足够苛刻的条件下，夸克和胶子也可以像原子核与电子一样被分离。原子核与电子分离的状态，也就是物质在固液气之上的第四种状态——等离子态。而夸克和胶子的分离，也可以看作是夸克版的等离子态，科学家们甚至起了一个颇有味道的名字—— 夸克汤 。

夸克汤绝对是宇宙中最难“烹饪的一碗汤”，它需要的条件极其苛刻，以至于在930亿光年的宇宙里、138亿年的岁月中，它都极少会出现。根据科学家的分析，在宇宙大爆炸后 20微秒 （0.00002秒）左右，我们才可以看到大量的夸克汤充斥着宇宙。在此之前，宇宙只有光子存在；在此之后极短暂的时间里，宇宙的温度就下降到不足以再让夸克和胶子分离，形成质子和中子或者其他粒子了。

不过，科学家相信，当今的宇宙中，我们仍然可以找到夸克汤。这种神奇的状态，就位于同样神奇的天体内部—— 中子星 的核心。

我们知道，中子星是致密星的一种，介于白矮星和黑洞之间。当一颗爆发的超新星内核质量超过1.44倍太阳质量，那么将会突破 钱德拉塞卡极限 ，导致电子被压到质子中，合并为中子，这个天体就会变成中子星。而中子是不带电的，不存在质子之间正电荷相斥的问题，所以密度极大，仅仅1立方厘米的体积就有上亿吨那么重！

虽然我们通常说中子星是一颗由中子构成的天体，但科学家在差不多40年前的时候就提出：一些较大的中子星可以在核心区域形成更加恐怖的压力和温度，导致中子也会被彻底压碎，导致内部的上夸克和下夸克分崩离析，转化为奇夸克。甚至有人推测，在中子星和黑洞之间，可能还存在着一种过渡天体，那就是 夸克星 。

这些说法至少在理论上都是成立的，当初的中子星理论也是在类似的过程中被预言，然后在30年后被发现并证实的。因此，科学家们长期以来，一直致力于寻找中子星的夸克核。

赫尔辛基大学和赫尔辛基物理研究所的理论物理学家Aleksi Vuorinen指出：“自从大约40年前首次被提出开始，中子星内部夸克核的确认一直是中子星物理学最重要的目标之一。”

想要了解中子星内部的结构，不是一件容易的事。我们不可能靠近它进行实地考察，即使靠近也不可能活着测量，即使侥幸活下来也不可能将它切开。那么，到底有什么办法，才可以让我们看到它的内部结构呢？

幸运的是，在2016年，我们终于找到了一种工具—— 引力波 。在爱因斯坦预言它的几乎整整100年后，人类终于探测到了它，从此获得了一个天文学研究的利器。通过引力波，我们可以对宇宙深处一些重大的天文现象进行观测和分析。

机会说来就来。仅仅一年后，2017年8月17日，LIGO和VIRGO检测到了1.3亿光年外的中子星合并事件。虽然这次引力波信号仅仅持续100秒（实际上在引力波里还是比较长的），但科学家们获得了大量的重要信息。在两颗中子星逐渐靠近的过程中，它们都因为彼此强大的引力而发生形变。在这个千载难逢的瞬间，中子星隐藏在深处的内部结构暴露在了宇宙空间，也暴露在人类探测器的面前。利用这段期间的观测，Vuorinen等人终于观测到了中子星诡异的内部结构。

在结合了引力波的观测数据以及最新的理论量子物理学计算后，Vuorinen的团队最近在《自然物理学》杂志上发表了研究论文，向世人展示了他们的结论： 从两倍太阳质量到接近理论质量上限（如果再高就会变成黑洞）的中子星，确实都存在一个夸克核，其范围达到了整个中子星直径的一半以上。

经过40年的研究和观测，夸克核终于接近证实。

之所以接近，是因为这个结论并没有完全证实。从科学家的严谨角度来说，不能直接给出如此肯定的答案。研究团队也明确表示：夸克核只是可以最直接解释观测到的现象的一种可能性，并不排除其他可能。计算结果表面，如果这些中子星的核心并非是夸克核，那么这里一定是在发生某些我们还不知道的不可思议的事情。

Vuorinen指出：“ 所有的中子星都是仅由原子核物质（即中子）组成的可能性仍然非常小，但并不是0。 我们所能做的，就是量化这种情况下会发生什么。简单来说，致密原子核物质的表现势必会极其诡异。比如说，声音的速度几乎可以达到光速。”

对于科学家来说，研究这种夸克核不仅可以了解中子星内部，更可以帮助我们理解宇宙诞生的过程。我们刚才提到，宇宙大爆炸后仅仅几十微秒的时间里，宇宙就处于夸克汤的状态。因此， 中子星内部的夸克核可以很好地还原当时宇宙的物理性质，告诉我们最原始的宇宙是如何演化的 。

虽然科学家们前些年也成功在实验室中造出了夸克汤，但是不仅难度过高，而且保持的时间非常有限，也给科学家的研究带来了一定的限制。如果我们能持续对中子星的夸克核进行研究，将会获得大量重要的研究资料。

在2017年后，LIGO和Virgo已经协作完成了第二次对中子星合并的观测。随着科学家对引力波的利用越来越游刃有余、人类观测设备捕捉到中子星合并的事件越来越多，我们将会更加了解夸克这种粒子以及夸克汤这种神奇的状态。

正如Vuorinen所说的那样：“我们有理由相信，引力波天体物理学的黄金时代才刚刚开始，不久的将来，我们将会见证更多这样的突破，获得对自然新的理解。”

旅鼠之谜 最后的答案是什么

曹原发现的也仅仅是低温超导而已，1.7开尔文，换算成摄氏度是：-271℃，商业化应用想要达到这个温度是有难度的，当然实验室条件并无什么问题！不过吃瓜群众有话要说了，比这个温度高得多的超导体多的是，为何这次的石墨烯超导会引人注目呢？难道因为他是中国人吗？

确实与曹原是中国人有些关系，因为咱还是比较关心华人在科学界的科研成果，因此曹原的研究在国内引起了超导热，其实这也是一种很好的科普机会！但更重要的不是石墨烯在-271℃下超导的现象，而是实现这个超导的方法，据论文描述是在一个特殊的角度下，此前从来都没有发现过有其他材料会有这种特性，这对科学界的启发也许比石墨烯本身的超导性能要有用得多！

当然另一个特性是石墨烯的超高性能，如果这种材料可以在比较高的温度比如液氮的温度实现超导的话，再加上未来超高强度的石墨烯材料量产，成本和强度都可以达到令人满意的程度，无需像现在这样再跟如同玻璃一般的各种脆弱超导材料打交道，会不会让制造界也松一口气呢？

常温超导是终极的追求，不过在现阶段确实是难以实现的，但即使实现成本比较低的液氮温度、高强度、低成本意义就大了，也许很多设备将出现革命性的转变，也将极大提升能源利用率，更有可能的是连储能方式都会大大改变，这是非常值得期待的一个时代，而这也许在不久之后就会实现！

北极旅鼠之谜假说

我的探究与学说

王亚桥

摘要：

旅鼠为啮齿类哺乳动物，门齿很发达，终生续生长，常借啮物以磨短。啮，咬，多数种类繁殖很快，原因就在这里。因为靠咬东西磨牙，会发出大量的次声波或超声波，一旦达到一定的密度，一公顷有几百只，奇怪的现象就发生了：几乎所有的旅鼠一下子变得焦躁不安起来，东跑西颠，吵吵嚷嚷，永无休止，停止进食，就是因为大量超声波或次声波的刺激，使其神经系统和内分泌系统发生紊乱，性情乖戾，似乎大难临头，世界末日就要到了。

关键词：啮齿类 次声波

通常的研究方法和思维方式难以解开旅鼠之谜，今天我提出自己不成熟的假说，与你共享。

旅鼠为啮齿类哺乳动物，门齿很发达，终生续生长，常借啮物以磨短。啮，咬，多数种类繁殖很快，原因就在这里。因为靠咬东西磨牙，会发出大量的次声波或超声波，一旦达到一定的密度，一公顷有几百只，奇怪的现象就发生了：几乎所有的旅鼠一下子变得焦躁不安起来，东跑西颠，吵吵嚷嚷，永无休止，停止进食，就是因为大量超声波或次声波的刺激，使其神经系统和内分泌系统发生紊乱，性情乖戾，似乎大难临头，世界末日就要到了。它们感到一种无法抗拒的末日般的灾难，产生了生不如死的感觉。这种内部系统的紊乱反过来更加刺激了它们门齿的疯长的痒欲，更加拼命的磨牙，包括牙齿间互磨发出的声波和吵嚷发出的声波，都含有大量的次生波。最终内分泌的失调使它们的毛色由灰黑变成鲜艳的橘红，像血液流进或者说涌进了毛发管里一样。痛苦和惊惧让它们到处乱窜，聚集成群的本意是为了寻求生的安全，不曾想这聚集的规模越大，相互磨牙或发生的叫嚷声形成更超常的次声波场，更加剧了它们内心的震撼和神经的紊乱，最后有一两只“抱头鼠窜”，结果其他老鼠认为它们有逃生之路，蜂拥尾随，朝着同一个方向奔袭，跑在前面的旅鼠越是想“逃离”这次声波场，结果这次声波场在后面紧追不放。旅鼠常在晚上磨牙，因而晚上尽管鼠目寸光，由于惧怕自身发出而形成的次声波场，仍旧在黑暗中狂奔。之所以沿着一定的路线奔向大海，特别是不向南迁移，我想可能是北极密集的磁场或者说磁力线有吸纳或排斥或消融次生波的作用，或者说大海有吸纳次声波场的作用（当然波浪也能发出次声波，但是广阔深深的大海具有强大的吸纳作用）极地磁场和大海的强烈内 作用使鼠群形成的“声场”像“风”一样，像“力”一样驱赶着它们奔向大海，形成一种“自杀”的场面。

虽然这种“声场”对我们人类来说也许是微乎其微的，但对旅鼠而言，却是非常强大的。

困扰生物学家近一个世纪的难题破解——

科学家揭穿旅鼠集体自杀假说

张忠霞 2003-11-13

北半球高纬度地区主要是北极冻土地带，那里生活着一种名为旅鼠的啮齿动物，它的种群数量呈周期性循环，激增到一定数目便莫名其妙地急剧减少。近一个世纪以来，这一神秘现象一直困扰着生物学界，存在着旅鼠定期进行“集体自杀”之说。日前，欧洲一个三人生物学家小组称，他们经过长达15年的实地观测研究查明，旅鼠的四大天敌才是决定其种群数量变化的决定因素。

“集体自杀”流传甚广

旅鼠的两只眼睛一般都闪着胆怯的光芒，但当被逼得走投无路时，它也会勃然大怒，奋力反击。当然，种群数量神秘莫测的变化才是旅鼠这种北极动物最令人感兴趣的一点。爱斯基摩人称旅鼠为来自天空的动物，斯堪的纳维亚人甚至称之为“天鼠”，因为当旅鼠数量大增时，感觉就像天上的雨滴或天兵天将，突然降临一般。有人开玩笑说，旅鼠的繁殖能力之强，也许只有细菌分裂能与之争风。

芬兰赫尔辛基大学的奥利维尔·吉尔格说，对旅鼠这种“稀奇古怪”现象的解释，以前至少有“一打儿”以上的假设，各派学者都捍卫自己的观点，甚至发生激烈的争论。例如，气候变化导致种群数量波动；旅鼠所食植物可能会有某种周期性变化；旅鼠高密度使得繁殖能力下降，种群数量直线下滑；甚至连太阳黑子的影响都曾被考虑过。

各种假说中流传最为广泛，也最具“悲情色彩”的一个版本是这样描述的：旅鼠这种动物群体数量激增到难以觅到足够的食物时，它们就会集体相约，以近乎疯狂的方式跳落悬崖，走向大海，进行“集体自杀”。

“集体自杀”说称，自杀前，几乎所有旅鼠都会突然变得焦躁不安起来，东跑西颠，吵吵嚷嚷，似乎是大难临头、末日到来。这个时候的旅鼠也不再胆小怕事，变得异常“好斗”，在任何天敌面前都毫无惧色，有时甚至会主动进攻。更不可思议的是，连它们的毛色也会发生明显的变化，由便于隐蔽的灰黑变成目标明显的桔红，以便吸引天敌更多地猎食它们。

据说，躁动不安的旅鼠还表现出一种强烈的迁移意识，纷纷聚集，形成大群，沿着一定方向浩浩荡荡进发。遇到悬崖，它们便义无返顾地纵身跳下，死伤无数。活着的还会继续前进，就这样到达最后的目的地，集体在大海中结束生命。“集体跳海”说流传已久，甚至衍生出“旅鼠投资”一词，来比喻那些像旅鼠一样盲目冲动的投资者。

“四大天敌”影响兴衰

在北极地区格陵兰岛东北部、面积约75平方公里的卡鲁普河流域，芬兰赫尔辛基大学的奥利维尔·吉尔格和伊尔卡·汉斯基以及德国弗赖堡大学的伯诺伊特·西特勒组成的科学家小组进行了长达15年的实地观察，收集到了大量旅鼠及其天敌的相关宝贵数据。

三位科学家最近在美国《科学》杂志上撰文报告了他们的这一研究成果。研究称，旅鼠的数量确实呈现出一种规律性的变化：异常疯狂的激增之后紧跟着就是迅速的大幅度减少。这一现象并不像“旅鼠集体自杀”说得那样简单，“真相要复杂得多”。

科学家们研究发现，旅鼠的种群数量规律性地消长与其四种天敌的“组合作用”有着密切关系：白鼬、北极狐、雪枭及一种名为长尾贼鸥的海鸟。旅鼠貌似田鼠，一向是这“四大天敌”的美味。

旅鼠及田鼠等近亲同类的数量可以突然增加到正常数量的100倍甚至1000倍。旅鼠数量激增，相应也会导致各种天敌数量的暴涨。捕食旅鼠的天敌们饥肠辘辘时有如此美餐享用不尽，自然“乐不可支”地“努力加餐饭”，于是数量也便惊人上升，随后更要疯狂掠食旅鼠，以至于几近高峰的旅鼠数量开始戏剧性地锐减。旅鼠数量下降，天敌们无法继续觅得足够的食物，数量也开始暴减。如此循环，周而复始。

其实，自然界中生物链上“捕食者”与“被捕食者”之间这种类似的数量循环对于生物学家来说再熟悉不过了，这种循环是自然界中生物种群保持“动态平衡”的一个生存法则。但有趣的是，在旅鼠这一个例中，这种周而复始的循环仿佛就像上了闹钟，每次都十分准时地上演一个个回合的生死较量。

白鼬扮演“关键角色”

旅鼠的“繁荣－萧条”循环以4年为周期。值得注意的是，在这个循环链条中，白鼬是一个“关键角色”。在四大天敌中，白鼬是惟一一个只以旅鼠为食物来源的捕食者，与白鼬的“专一”相比，其它三大天敌均为“多面手”，它们会“大吃特吃”旅鼠，但同时还有其它可供选择的一些食物来源。

格陵兰夏季几乎“永无止境”的白昼大大增加了科学家们对猎食者的观察时间。北极广阔的苔原，也使得对旅鼠的观察和计数变得相对容易。科学家们观察发现：苔原为旅鼠提供了大量可食植物，沙土又可以方便地挖洞筑穴。旅鼠数量开始增多时，以旅鼠为食的白鼬也会相应增多，白鼬堪称捕食旅鼠的“专家”。但由于旅鼠繁殖能力超强，所以白鼬增长速度远不及旅鼠，于是旅鼠数目逐渐超出了白鼬的捕食能力，这时，其它三大天敌也会加入捕食队伍。据说，一对雪枭及它们的子女在一天之内可以把50对旅鼠带回巢中尽情享用。

四大天敌的围攻之下，旅鼠数量开始大幅度减少，白鼬的数量也会相应减少。但白鼬的减少过程有一个时间上的“延迟”，大约1年之后，白鼬体会到旅鼠减少带来的“切肤之痛”，但为时已晚，仅以旅鼠为食的白鼬数量开始骤减。在科学家们的统计数据中，白鼬种群的数量成了深入理解旅鼠循环的关键线索。相比之下，“多面手”们则比白鼬“从容”得多，虽然也会受到波及，但它们可以很快地把猎食目标转移到其它动物上。

在数据分析过程中，依据“捕食者”的行为模式，科学家们建立了一个“捕食者——被捕食者”分析模型，结果利用各种群数量可以粗略地推算出旅鼠的“4年周期”，与现实的经验数据基本一致。科学家们介绍说，在观察过程中，没有任何迹象表明，食物来源及生活空间大小对旅鼠种群数量会产生影响，所以他们的模型中“也没有必要考虑这两个因素”。

吉尔格说：“旅鼠数量呈现周期性循环，近一个世纪来，这个问题一直没能得出一个定论。这已经成了一个非常非常热门的问题，也是种群生态学领域研究最为集中的一个问题。”

美国宾夕法尼亚州立大学种群生态学家彼得·哈德森说，类似旅鼠这样的循环在鸟类、昆虫和山猫等大型哺乳动物中也有发生。他对欧洲三位科学家的研究结果赞誉有加，称这是自然界反映出基础理论预测的少数例子之一，并认为将来一定会被列入生物学教科书中。

（新华社供本报特稿）

经过了十五年的研究，芬兰赫尔辛基大学的生态学家Olivier Gilg和德国费莱堡大学的Benoit Sittler发现四种猎食者－－雪鴞、贼鸥、北极狐和鼬，是该四年一次的波动之主嫌，使旅鼠的族群突然间暴增之后又几近绝迹。

Gilg指出，对旅鼠古怪行为的解释，少说也有上打的假说，彼此之间捍卫自己理论的程度甚至差点就酿成决斗事件。有许多人乾脆认为这是好几股力量在运作的，可是Gilg却认为，单只用猎食者，就可以解释得通了。

宾州州立大学的族群生态学家Peter J. Hudson指出，这样的循环也发生在鸟类、昆虫和山猫等大型哺乳动物。

旅鼠的族群波动早就引起人们的遐想，早在十六世纪，斯堪的那维亚半岛的传说甚至还认为，旅鼠是周期性地像雨一般从天而降的。

近来科学家已经测试了好几个较合理的假说，如气候变化和旅鼠食用的植物可能会有周期性的变化，又或者旅鼠的高密度减低了繁殖力，造成旅鼠数量直线下滑。甚至连太阳黑子，都曾被讨论过。

他们利用格林兰夏日几乎无止境的白昼来增加观察猎食者的时间。而且广阔的苔原，也更容易作旅鼠的观察和计数。他们发现苔原提供了旅鼠大量的食物，沙土让它们可以挖地洞，於是它们的数量得以大增。

可是当旅鼠大量增长时，狐狸、贼鸥和雪鴞就开始捕食更多旅鼠。一对雪鴞甚至在一天内可以把50只旅鼠带回巢中享用。鼬更是捕食旅鼠的专家，在旅鼠繁盛的一年后，鼬的数量也跟著大增，在接下来一年几乎把旅鼠扫荡一空。

他们仅依据猎食者的行为，建立了一个预测旅鼠族群数的模式，结果发现该模型准确地预测了自然界中四年一周的波动。

Hudson对他们的研究结果赞誉有加，认为这是自然界反映出基础理论预测的少数例子之一，并认为将来一定会列入生物学教科书中。