量子层面的化学

<正>金井优介（Yosuke Kanai）是美国北卡罗来纳大学教堂山分校的化学教授，从事理论和计算化学方面的研究，专注于开发量子力学计算方法并使用它们研究复杂化学系统的动力学行为。他在模拟量子力学过程方面的工作涵盖了从太阳能转换到质子束治疗癌症的广泛主题。他研究的首要主题是发展对电子和原子相互作用产生的电子激发和动力学现象——尤其是在凝聚相和其他扩展系统中——的预测性理解。他特别希望通过开发和应用基于第一性原理电子结构理论的计算方法来获得分子层面上的理解。金井优介在普林斯顿大学获得了理论化学博士学位。2022年4月，他接受了《美国科学家》（American Scientist）主编费内拉·桑德斯（Fenella Saunders）的专访。     

“我喜欢鲜明观点、幽默风趣的小说”——天体物理学家肖恩·卡罗尔访谈录

肖恩·卡罗尔（Sean Carroll，下图），加州理工学院从事理论物理研究的天体物理学家，也是“Cosmic Variance”博客的创建者，他的新书《从这里到永恒》最近由多顿出版社出版。工作之余，卡罗尔的一大喜好是读书，为此，《美国科学家》杂志不久前采访了他，话题围绕对一些书的评价和其对人产生的影响，等等。以下是这次的访谈内容。     

迁徙科学的奇妙历史

<正>《飞行之路》详细介绍业余观鸟者和喜爱鸟类的科学家如何还原鸟类迁徙的真实故事。在17世纪80年代，当哲学家查尔斯·莫顿（Charles Morton）坐下来研究鸟类在哪里过冬时，他做出了一个非常离谱的猜测，直到今天仍是人们的笑柄：月亮。为何鸟类学家和观鸟者会对鸟类迁徙这个一点也不离奇的主题产生疑问是《奥杜邦》（Audubon）撰稿人丽贝卡·海斯曼（Rebecca Heisman）所写之书《飞行之路》（Flight Paths）的主题。     

生物技术发展趋势

近日，一批在生物技术和生物医学方面卓有贡献的青年学者应邀出席了“《技术评论》创刊１００周年纪念会（ＴＲ１００）”。您若来此和他们聊聊，可能会觉得很奇怪，这莫非是刘易斯·卡罗尔还在编织的“镜中世界”？可不是嘛，您瞧瞧这些天参加生物技术茶话会的都是些什么人物，若非“艾丽丝”的创作者能想得出来么？作为数学家，卡罗尔倒是能够将他那童话家族中的人物巧妙地列入客人名单，而且居然考虑到了那么多的计算机专家、物理学家、工程师和商务人员。这确实是今日生物学领域正在发生的变化，就生物科学研究获奖人员来看，也反映了该…     

从LHC到希格斯玻色子的发现——两本与“上帝粒子”有关的新书介绍

《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》(Higgs:The Invention and Discovery of the‘God Particle’),吉姆·巴戈特(Jim Baggott)著,牛津大学出版社,纽约,2012.$24.95(277页),ISBN 978-0-19-960349-7《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》(The Particle at the End of the Universe:How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World),肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)著,达顿出版社,纽约,2012.$27.95(341页),ISBN 978-0-525-95359-3由于欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)研究程序获得的备受瞩目的成功,看到相关新书的出版也就一点也不令人吃惊:它会告诉你这个由LHC开始的戏剧性故事,以及那个很可能是希格斯玻色子的发现。这两本书一是肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)的《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》;另一是吉姆·巴戈特(Jim Baggott)的《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》。两本书都介绍了希格斯玻色子的史诗般的传奇,虽然作者有他自己处理故事的方式,但二者都着重突出了所涉及的人。事实上,在描述历史和人物上二者都是最强的。理论家卡罗尔以一个准知情人的视角讲述了这个故事。尽管他并没有直接参与LHC的研究,但他是一个颇有些名望的物理学博主——在今日世界,有关一项发现的传闻在博客世界中出现要远比官方的通告来得早——卡罗尔叙述了他是如何通过他的"媒体"来关注2012年7月对希格斯玻色子的宣告的。《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》一书的开篇是引导性的描述和有关标准模型的简史,以及对LHC探测器是如何工作的作了粗略的解释。然而,这本书关注的重点是希格斯场和玻色子,作者在对称性以及如何打破对称——即使这意味着得到了一个破缺的对称性——等问题上花费了一些笔墨,特别是有关希格斯机制和LHC的章节十分有趣,文笔优美流畅。这本书非常适合于那些喜欢以谈话形式描述希格斯玻色子及其意义的读者。如果你的邻居是非专业人士,那么他们也会喜欢它。当然,《宇宙尽头的粒子》也存有一些不足,即在书的前半部分中,经常出现卡罗尔的自说自话。应该说,一本好书会吸引读者沉浸到故事之中,直到一切都结束。该书还介绍了量子场论,这一理论描述了如何将电子、光子和所有其他亚原子粒子表达成不同场的振动模式。由于通俗文学中难得见到独特的见识,《宇宙尽头的粒子》一书对于一个对现代物理学细节感兴趣的读者会有所裨益。然而,卡罗尔给予量子场论的待遇比我期待的"肤浅"。其实,要是以适当的难度将这个问题对目标群体多写几页,将会大大拓展这本书的受众面。最后,我对此书的一个忠告是,卡罗尔频繁提及的引力子,毫无疑问这是一种推测中的粒子,可在书中却给粗心的读者留下印象,似乎它们是公认的事实,而不是理论上的假设。《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》则具有完全不同的风格。巴戈特是一位自由撰稿人,不是物理学界的局内人,他的作品如同保鲜盒,致使读者很容易地进入他的故事而无需刺激性的情节。尽管他的题材相对狭窄,该书实际上是在写关于对称性的——希格斯玻色子的发现确实是过去近百年来的最高成就,在那期间,科学家已经越来越意识到对称性在我们宇宙中所扮演的角色。在该书的第一章,介绍了一位才华横溢的数学家埃米·诺特(Emmy Noether,她的名字与拥有守恒定律的物理学理论中的数学对称性紧密相联),然而,在描述过程中存在较明显的缺陷。巴戈特给出空间和时间对称性的常见例子分别导致动量和能量的守恒,但他试图通过量子力学相对称性来解释电荷守恒的起源。这是准确的,但我不能确信非专业人士会理解他的描述。在我看来,读者更情愿简单地接受另一种被发现的对称性,即电荷的守恒,虽然它仅仅意味着对"量子力学相是什么"这个问     

25本经典科学著作

1．《贝格尔号航行日记》（1845年） 2．《物种起源》（1859年）——查尔斯·达尔文（Charles Darwin） 作为笔调轻松、文笔优美、诙谐有趣的自然历史书籍之一，《贝格尔号航行日记》记述了查尔斯·达尔文于1831年至1836年问经南美洲、加拉帕戈斯群岛、澳洲重返英格兰的旅程，此次旅行加深了他对生物学的理解，丰富和发展了他的进化论观点。在达尔文的笔下，他的那些冒险经历，诸如火地岛遭遇‘野人’、在巴塔哥尼亚偶食生禽，以及试图骑上晃晃悠悠的巴塔哥尼亚乌龟的努力都一一生动地跃然纸上，描绘得栩栩如生。     

『科学和宗教可以调和』——弗朗西斯·柯林斯与约翰·霍根关于信仰的对话

科学与宗教之间向来紧张的关系最近似乎变得更加对立了。以理查德·道金斯（Richard Dawkins）和史蒂芬·平科尔（Steven Pinker）为代表的科学家认为：宗教只是迷信的一种残留形式，应该被人们所摒弃；而宗教信徒们则认为：科学是虚无的，不足以使人们理解存在的奇迹。弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）则站在这两派中间，他试图以自己为例证明科学和宗教是可以调和的。作为人类基因组计划的带头人，柯林斯是世界上具有重要影响力的科学家之一，他领导的是一个耗资几十亿美元、旨在理解人类本质并且攻克遗传疾病的重大科研项目。然而在他的畅销书《上帝的语言》（The Language of God）中，柯林斯则着重描写了自己如何在1978年接受了基督教，并从此以后成为虔诚教徒的故事。“圣经中的上帝也就是基因组的上帝，”他写道。“他能在教堂里同时也能在实验室接受人们的膜拜。”以下是柯林斯与科学作家约翰·霍根（John Horgan，其代表作为《科学的终结》）关于信仰的一番对话。[编者按]     

分裂宇宙

<正>美国加州理工学院理论物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)在他的新书《隐匿深处之物:量子世界与时空的出现》中说:休·埃弗雷特早在20世纪50年代就用他的多世界理论颠覆了量子力学,而物理学现在才开始迎头赶上。     

莱布尼茨: 一个千古绝伦的大智者

英国哲学家怀特海在其晚期的代表作《科学和现代世界》（1925）中，把17世纪称为“天才的世纪”，并以此来为其中的第三章命名。大概正是因为“天才的世纪”这个词的诱惑力，驱使我在过去5年多的时间里写下了3篇科学随笔，即《费尔马最后的定理》（载《南方周末》，2001年10月26日）、《牛顿在他的非典时期》（载《书城》，2003年第6期）和《隐居的法国人：帕斯卡尔与笛卡尔》（载《读书》，2006年第5期）。也就是说，我已经谈论了17世纪的4位科学天才——3个法国人和1个英国人，现在我必须要说到的是哥特弗里德?威廉?莱布尼茨——那个世纪里最为博学的人，“一个千古绝伦的大智者”（罗素语，《西方哲学史》），一个地地道道的德国人。     

起源和未来：地球和地球上的生命

美国科学促进会（AAAS）2009年年会的主题——“我们的地球和地球上的生命：起源和未来”——使人想起今年是查尔斯·达尔文（Charles Darwin）诞辰200周年、《物种起源》发表150周年纪念年。150年后，重新理解当年使达尔文着迷的进化过程和机制，仍旧是热门研究的焦点：     

气候变化使科学家走到一起

当玛丽莎·戈登（Marisa Goulden）来到乌干达基奥加（kyoga）湖畔一个与世隔绝的村庄时发现，该如何向当地村民解释其所做的工作令她颇费心思。“我是第一个到村庄来的西方人，”她说：“他们都很欢迎我，但他们对人类活动导致的全球气候变化难以理解”。     

“我更像是一个生活在19世纪的人”——理论物理学家斯蒂文·温伯格访谈录

斯蒂文·温伯格（Steven Weinberg，下图），得克萨斯大学天体物理系JoseyRegental教授。1979年，由于对亚原子粒子的弱电统一理论作出的重要贡献，他与A．萨拉姆（A．Salam）、S·格拉肖（S．G1aShow）一起分享了当年度的诺贝尔物理学奖。最近，他的新书《透过湖水看世界：这个世界与宇宙》由哈佛大学出版社出版。由此，《美国科学家》杂志采访了温伯格。通过访谈，读者从侧面可以了解到，除了工作，温伯格还是一位阅读兴趣非常广泛之人。     

具有启发性的广义相对论

在国庆十周年之际，我曾奉命陪同来访的波兰贵宾、物理学家因费尔德（L．Infeld）。因费尔德曾是爱因斯坦的合作研究者，他们合著的科普书《物理学的进化》影响广泛。当我提到广义相对论不如狭义相对论或量子力学那样有许多科学检验和效益时。他说广义相对论仍是一个启发性的理论（stimulating theory）。我对他的看法深以为然，在这次会上由我自己发言来展示这一点，因为受到同样“刺激”不同人的反应不尽相同。     

潜心反问题研究的启明星学者——访复旦大学数学科学学院陆帅副研究员

<正>确定复旦大学数学科学学院的陆帅(见左图)作为本期《今日启明星》专栏的访问对象因着两点,一是今年6月初有机会旁听第一期启明星研修班的讲课交流活动,期间听到2014级启明星陆帅介绍他正在从事的反问题研究,记得他是用了"拍西瓜和CT成像"等一些大家容易理解的现象来解释反问题研究是干什么的,这给我留下了印象;一个月前网上公示的本年度国     

构建硅基生命是可能的——理查德·道金斯访谈录

<正>理查德·道金斯一直以来都是备受争议的人物。继《自私的基因》之后,他自传的第二部分也已经出版。本文作者卡罗尔·卡德瓦拉德(Carole Cadwalladr)写道,相比在推特上言辞好斗的形象,道金斯本人其实显得非常安静。英国最知名的无神论者低调得让人觉得有些诧异。公众面前的理查德·道金斯争强好胜、直言不讳、毫不留情;而私底下他的形象却完全不同。     

肥胖症的数学解释

卡森·C·周（CarsonC．Chow）运用数学方法来解决现实生活中的日常问题。作为美国糖尿病、消化性疾病和肾脏疾病研究所的研究员，他试图解释为什么三分之一的美国人得肥胖症。在最近的美国科学促进会年度大会上，49岁的周博士做了题为“用数学阐释肥胖流行病”的报告，《纽约时报》记者就此采访了他，以下是采访内容的简写版。     

关于《天才的视野》一书的评介

平心而论，《天才的视野：科学艺术中的视觉形象与创造》更象本随想录。如果一定要找出个主题的话．可以说，它主要讨论了科学理论及其发现过程中视觉表征的作用。作者（ArthurI．Miller）用了整整480页的篇幅，用心良苦地想使读者能在物理学史的长河里观潮捡贝，在作者偏爱的1905～1927年这段物理学的“黄金时代”驻足观望。本书首先简短地回顾了伽里略、彭加勒、爱因斯坦和毕加索的个人经历，猛烈抨击了将科学看作是纯粹社会构造的后现代主义，并试图以皮亚杰的同化、协调等概念来解释科学的发展和进步。作者在书中探究了毕加京受彭加勒…     

一位对数学研究做出独特贡献的人——奥托·诺伊格鲍尔

奥托·诺伊格鲍尔（Otto Neugebauer）是20世纪杰出的古代巴比伦和埃及数学史研究人员，他的《古代精密科学》和《古代数学天文学史》至今仍是研究古代数学的最重要文献资料；     

让我们都爱《世界科学》

让我们都爱《世界科学》一位读者给我们来信．说他十分喜爱《世界科学》。原因是他从《世界科学》上学到了许多现代科学技术的最新理论和知识。他拜《世界科学》为师，据他说已有１３年了。这位读者叫薛广振，原是沈阳航空学院航空系的毕业生。毕业后分配到一家研究所从事...     

象海豹

杰拉尔德F.卡罗尔博士,是一位著名的海兽研究家,又是一位杰出的自然资源保护论者.最近,他在美国自然历史博物馆出版的《博物学》(NaturalHistory)杂志上撰文,介绍来自象海豹故乡的消息,为我们提供了关于象海豹的许多有趣的科学知识.