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加入《大眾科學》的對話，探討人類探測火星的下一步。特邀行星學會高階空間政策顧問 Casey Dreier 以及空間與物理編輯 Lee Billings，本次深入探討將從美國宇航局即將發射的“毅力號”火星車概況開始——該火星車計劃於 2021 年 2 月登陸火星，以尋找過去和現在生命的跡象，並收集樣本以供未來返回地球。

Dreier 和 Billings 還將討論“後毅力號”時代，屆時航天機構和私營公司可能會追求火星探索策略的重大轉變，以及這些計劃將如何永遠改變我們對紅色星球的理解和關係。

Sridhar Ravi 在德國一個夏日與同事在戶外時，一群熊蜂引起了他的注意。

當蜜蜂在花朵之間穿梭時，它們熟練地在障礙物之間飛行，躲避樹枝和灌木。這些行為似乎需要對自身身體與環境之間關係的複雜意識，而這種意識此前只被證實存在於大腦較大的動物中。

為了檢驗這一點，澳大利亞新南威爾士大學堪培拉分校由 Ravi 領導的一個研究團隊，在其實驗室內部建立了一個熊蜂蜂巢。蜜蜂可以透過隧道來來往往，隧道可以被可調節的屏障部分阻擋。Ravi 和他的團隊隨著時間的推移逐漸縮小間隙，並觀察蜜蜂的反應如何變化。

這項研究，發表在《美國國家科學院院刊》上，發現熊蜂透過左右飛行掃描間隙來測量間隙。當間隙變得比它們的翼展更窄時，蜜蜂會花更長的時間掃描開口。然後它們做了一件了不起的事情：它們轉動身體側身飛過去。一些蜜蜂的身體確實碰到了變窄開口的側面——但記錄的 400 次飛越間隙的飛行都成功了。

“經過數千年的進化，大自然賦予了昆蟲一些驚人的屬性，”Ravi 說。“我們現在的挑戰是看看如何利用這一點，並將類似的編碼應用於未來的機器人系統，以提高它們在自然界中的表現。”

要想理解電子煙之爭，必須回顧歷史——以及大型菸草公司

塵世瑣事讓你倍感壓力？這裡有一個機會，透過三個宇宙問題，將你的思想提升到塵世喧囂之上

我們可能認為我們很瞭解引力。畢竟，我們對這種基本力的意識體驗比對任何其他力（電磁力以及弱核力和強核力）都多。但即使物理學家已經研究引力數百年，它仍然是一個謎。

在我們的影片《為什麼引力如此不同？》中，我們探討了為什麼這種力如此令人困惑，以及為什麼理解愛因斯坦的廣義相對論（涵蓋引力）如何與量子力學結合仍然很困難。

引力非常微弱，幾乎不可能在量子層面直接研究。我們無法像研究其他力那樣使用粒子加速器來仔細研究它，因此我們需要其他方法來研究量子引力。

黑洞登場了。在 1970 年代初期的一篇論文中，已故物理學家雅各布·貝肯斯坦研究了熵會發生什麼的問題——熵是系統中無序或隨機性的度量——當物質屈服於黑洞巨大的引力並穿過其事件視界時。

貝肯斯坦指出，物質的熵似乎在黑洞內部消失了。然而，這將違反熱力學第二定律，該定律指出兩件事：資訊不能被摧毀，熵只能增加。因此，黑洞的熵必須彌補這種損失。貝肯斯坦認為，這種黑洞熵不應與黑洞的體積成正比，而應與其事件視界的面積成正比。

如果我們用面積而不是體積來描述黑洞的內容，我們也應該從面積的角度來思考物理定律。這意味著萬物理論（包括引力）應該能夠在少於三個時空維度中展開。

現在讓我們想象一下描述整個宇宙狀態的資訊——全部儲存在一個硬碟驅動器上。然後將該硬碟驅動器扔進黑洞。儲存的資訊不能丟失，因此它必須包含在黑洞的表面積中（儘管是雜亂無章的）。

這種情況引出了一種全新的思維方式，即宇宙實際上可能是一個全息圖，一個看似 3D 的物體，實際上只是一個從 2D 表面投影出來的影像。我們表面上的三維世界體驗可能只是一種錯覺，是由一個根本上更低維度的現實令人信服地產生的。

也許我們都只是在引力的宇宙微風中漂流的紙片人。

斑馬與宇宙的結構有什麼關係？在你的腦海中想象一隻斑馬。這隻動物有著抽搐的耳朵、簇絨的毛髮，以及覆蓋在肌肉和皮膚上的視覺干涉圖案，它有自己的輪廓，近距離很容易辨認。但是，將一大群斑馬聚集在一起（按照定義，稱為dazzle），個體就會融合在一起，融合成一片看似均勻的頭部、蹄子和條紋的海洋，尤其是在遠距離觀看時。宇宙中的物質似乎也以大致相同的方式令人眼花繚亂。

在這段影片《宇宙大爆炸如何支配我們宇宙的紋理》中，我們探討了宇宙不均勻性的概念——使用斑馬作為宇宙中散佈的物質團塊的類比。動畫師 Lottie Kingslake 描繪了這些異想天開且熟悉的形象，它們像星系中物質聚集的方式一樣，吃草並形成越來越大的群體。我們的靈感來自 Marylyn Dintenfass 繪畫的調色盤，這些繪畫構成了影片實景部分的背景。

這種視覺呈現提出了關於空間紋理的基本問題：它是光滑的還是崎嶇不平的？答案是兩者都是。從遠處看，它是均勻的或光滑的，但在行星和星系的尺度上，它是不均勻的或崎嶇不平的。紋理上的這種差異為我們提供了關於宇宙早期歷史的線索，甚至讓我們能夠描述暗物質是如何分佈的。

但是，宇宙具有現在的紋理到底意味著什麼？空曠的空間是光滑的，因為沒有物質來改變宇宙的平衡。宇宙大爆炸後不久，有一個暴脹時期，宇宙在此期間呈指數級膨脹。在這一點上，宇宙幾乎是完全光滑的——因為儘管它沒有恆星和星系（第一批原子直到宇宙大爆炸後約 380,000 年才形成），但在時空中存在微小的量子漣漪。

隨著時間的推移，這些微小的量子漲落被引力放大。團塊和空隙形成，在相對較小的尺度上形成了崎嶇不平的紋理。隨著引力將團塊拉到一起，它們自身坍縮形成恆星、行星和星系——不均勻性在宇宙時間尺度上逐漸增加。

在引力坍縮不佔主導地位的非常遙遠的距離上，我們的宇宙仍然是光滑的或均勻的。但是，如果你大幅度縮小視野，宇宙中所有的物質和能量都顯得均勻分佈。

下次你去動物園時，可以稍微思考一下這個問題。

人生的起起落落可能看起來像引力一樣不可避免，但不知何故，2020 年感覺比往常更糟糕。作為一個思想實驗，如果今年真的變得如此怪異，以至於甚至引發了引力影響我們物質宇宙方式的改變，那會怎樣？

在影片《宇宙必須是現在這個樣子嗎？》中，我們研究瞭如果對負責我們所知世界的物理學進行一些調整，我們的宇宙——更具體地說，我們的生活——可能會是什麼樣子。

如果在我們自己的三維世界中，引力稍微強一點，時空的曲率就會更大，物質就更容易向內坍縮。與我們現實中的恆星、星系和行星相比，這種安排將使它們變得極其微小。我們不僅在地球上的空間會更少，而且我們的太陽會更快地耗盡其核燃料——這意味著進化和生命本身將受到極大的限制。

如果引力較弱，地球將變得巨大，並且它可能會像一些小行星一樣形狀怪異——或者像土豆。而且，我們可能不是在地球表面行走，而是會發現自己，比如說，在籃球比賽中跳起來搶籃板，結果卻意外地最終進入高層大氣層，或者像一個微型人類空間站一樣繞地球軌道執行。

如果我們根本不是三維的呢？（想象一下人是紙片。）如果我們生活在二維空間中，引力的作用方式將非常不同。雖然我們仍然會有愛因斯坦廣義相對論中提到的時空曲率，但這種曲率將不再產生引力。對於這種扁平的宇宙，我們可以轉而擁有“標量引力”，其中牛頓對引力的描述將是最終定論，而黑洞將被降級為科幻小說。

值得慶幸的是，即使 2020 年看起來顛三倒四，我們仍然有引力讓我們腳踏實地。

四百年前，伽利略·伽利雷的科學發現遭到拒絕，因為它們不符合當時的普遍信仰。他的故事在今天仍然具有令人不安的相關性。天體物理學家和作家馬里奧·利維奧以及《大眾科學》編輯克拉拉·莫斯科維茨討論了從伽利略的生活中吸取的教訓，以應對當今的科學否認者，以及關於伽利略著名座右銘“然而，地球照樣轉動”的歷史偵探故事。

一種名為 PiVR 的新系統為小型動物（如斑馬魚幼蟲和果蠅）建立了可工作的人工環境。開發人員表示，該系統的經濟性可能有助於擴充套件對動物行為的研究。

在過去的幾個月中，“社交疏遠”一詞已進入我們的詞彙。我們許多人發現自己與家人和朋友分離——或至少與我們正常的社交生活分離。當人類與疫情引起的隔離作鬥爭時，科學開始提供關於當我們與他人的社會接觸急劇減少時，我們的大腦中可能發生什麼情況的見解。

這種見解恰好來自一個企鵝比人多的地方。

德國阿爾弗雷德·韋格納極地與海洋研究所亥姆霍茲中心的 Tim Heitland 在南極洲度過了 14 個月 ，時間為 2016 年至 2018 年。當他返回時，日常生活讓他感到不知所措——從顏色和植被到所有其他人，一切都讓他感到難以適應。部分衝擊可能來自他帶著與離開時不同的大腦回來了。

當 Heitland 船員的成員在地球上最寒冷的大陸上進行研究時，他們自己也受到了研究，研究人員對極端工作環境如何引發神經系統變化感興趣。調查顯示，Heitland 團隊中的大多數人在他們海馬體的部分割槽域失去了體積，海馬體是一個參與空間導航、學習和情緒處理的大腦區域。這種現象類似於科學家認為發生在被單獨監禁的囚犯身上的情況，在單獨監禁中，社會隔離和感覺剝奪會導致創傷後應激障礙。

這項研究現在看來尤其具有相關性，因為大量的人們正花費越來越多的時間獨處。一些科學家希望這項工作將促成一些干預措施，以抵消隔離造成的損害，防止其造成長期問題。

人工智慧仍然需要彌合“模擬到現實”的差距。深度學習技術在人工智慧領域風靡一時，在掌握腦力遊戲中取得了卓越的成績，包括可以在計算機上玩的國際象棋和圍棋。但是，將模擬轉化為物理世界仍然是一個更大的挑戰。

一個名為 Curly 的機器人，它使用“深度強化學習”——在糾正自身錯誤時進行改進——在與來自韓國隊的高排名人類對手的四場比賽中贏了三場，這些韓國隊包括女子隊和國家輪椅隊的預備隊。（未使用冰壺刷）。

一項關鍵發現是，人工智慧系統證明了其適應不斷變化的冰面條件的能力。“這些結果表明，基於物理的模擬器與現實世界之間的差距可以縮小，”韓國-德國聯合研究團隊在 9 月 23 日的《科學機器人》雜誌上寫道。

尼康“微觀世界”動態影像大賽捕捉了肉眼看不見的生物和力量。