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这些太空实验有点魔幻

2021-01-14戴释然

军事文摘·科学少年 2021年4期
关键词:三维空间箭头曲面

戴释然

想必很多人都知道“ 降维打击”这项“必杀技”。那么,在更高维的视角下,我们的三维空间是以什么形态存在的呢?以二维空间为例,无论二维空间是以平面或者曲面的形态存在,拥有更高维视角的我们都能轻易观测。而二维空间因为没有Z轴,也就是没有高度,所以生活在二维空间的生物,对于他们自己空间的曲率是无法感知的。

想要知道自己生活的空间到底是平面还是曲面,二维生物可以通过平移法则来测量,即在二维空间放置一个固定指向的平移箭头,经过任意路径再回到原点。如果箭头的指向没有改变,那么证明该空间是平面;如果空间是曲面的,在平移时箭头指向则会因为空间曲面存在曲率发生明显变化。

现在将问题上升到三维。生活在三维空间的我们同样没有四维视角,无法感知我们三维空间在更高维度的形态,而且拥有Z轴的三维空间更为复杂,简单的平移测量法无法保证箭头的固定指向。在这种情况下,可以在三维空间保持方向不变的陀螺仪,其作用就发挥出来了。

2004年,搭载了4颗高精度陀螺仪的引力探测器B带着测量地球周围时空曲率的任务出发。通过对多年积累的测量数据进行研究,科研人员最终确认,引力膨胀测试数据结果与爱因斯坦广义相对论的预测结果一致,三维空间在四维视角下是以弯曲形态存在的事实得以证明。

涡虫是地球上最简单的生命形式之一,但它有一个神奇的能力:如果你把它切成两半,它的每一半都会长成一条完整的涡虫。这种强大的再生能力是由于它们的全身都分布着干细胞网络,这些干细胞在身体有需求的情况下,随时都可以生成新的器官。

這种神奇的能力对科学家们无疑有着巨大的吸引力,他们很早以前就已经开始在地球上研究这个过程是如何发生的。为了研究在没有重力的环境下涡虫体内的干细胞能否继续起作用,他们又将15条无头无尾的涡虫送上了国际空间站。

生活在空间站里的涡虫被严密监控,科学家们跟踪它们被激活的基因,并与地球上观测到的涡虫再生能力做比较。实验结果更加神奇——涡虫长出了两个头!科学家们猜测,可能是微重力对涡虫的再生产生了影响。对涡虫再生功能背后机理的研究,有助于研发一种使人类身体在空间自我修复的再生技术,目前该项实验还在进一步深入。

童话《小王子》中曾描述了一个浪漫的场景:遥远星球B-612上的小王子,爱上了一朵美丽而骄傲的玫瑰,每天为玫瑰浇水,精心地照顾它。那么现实中,外太空的玫瑰会是什么样呢?

1998年,“发现号”航天飞机就携带了一朵玫瑰去太空。研究者和香水公司想知道这次太空之旅是否会诞生一种新的玫瑰香味。玫瑰顺利地在航天飞机里生长,航天员们提取了玫瑰花挥发的香油。试验结果表明,比起在地面上,太空中玫瑰香味挥发性更小,整体香味也完全不同。日本资生堂化妆品公司根据“太空玫瑰”香气,开发出了Zen系列香水。

除此之外,2016年,航天员还在国际空间站里培育出了一株漂亮的百日菊。从外表看,这朵花颜色和外形和地球上的差异不大,但它的内部结构有什么变化,目前还在研究之中。

除了致力于对微重力环境里生命变化的探秘,许多科学家还利用太空中的环境研究新材料。其中的一个研究是“真空尾迹屏罩设备”,这是一个直径3.7米,由不锈钢材料制成的圆盘状平台。

按计划,这个圆盘状平台会被部署在轨道高度大约300千米的地方,尾随航天飞机飞行几天,然后被重新捕获。太空中有比地球上效果好千万倍的真空条件,研究者的目标是利用圆盘状平材料内部产生的“超真空”,合成一种超薄超纯净的薄膜材料,以应用于半导体制作等领域。

20世纪90年代,该项目曾尝试了3次太空飞行,第一次尝试由于硬件问题失败,不过接下来的两次实验都很成功,最终开发出了太空真空环境中的第一种薄膜材料。

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