点亮流星的真正原因等
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现在知道流星花园的中国人估计比看过流星的中国人还多。流星是非常美丽的,从天际的这端飞行到那端,带着绚烂的色彩。其实在夏天,很多时候只要你能等上一两个晚上,看到流星的机会还是非常多的。
一颗石头,进入大气,怎么就烧起来了呢?很多人会说,是大气摩擦!不过很遗憾,这个答案真的不对。高速摄像机拍摄的子弹照片中,我们可以看到子弹周围的空气是流线型的。这个与超音速产生的“激波”现象有关。当物体在介质中的运动速度大于介质中的本地声速时,强烈的压缩产生了激波。这一过程会在瞬时产生高压、高密、高热的气体。这才是真正点亮流星的原因。
和流星遇到的问题类似,对超音速飞行器来说,必须尽量在外观设计上减少产生激波的区域,否则瞬时高温可以把自己烧毁。所以神舟、阿波罗飞船表面都做了特别的耐热处理,防止飞行器进入大气的时候被激波烧毁。
激波在天体物理研究中也占据非常重要的地位。那些星星、星系中的高速运动层出不穷,无论是超新星爆发还是喷流物质,动不动接近光速,很难找到一个没有激波的天体物理过程。其次,有了高温、高压这个诱导,自然就会产生光度的变化,进而物质分布的变化也产生,这样被激波扫过的区域,产生了新的辐射或其他物理过程。比如超新星遗迹中的一些明亮区域和某些弓形结构。事实上,我们对激波的具体物理过程的认识可能和少男少女对流星的知识一样多。激波所引起的湍流等一系列非线性物理过程,我们至今了解不足。
下次和恋人一起看流星不要忘记,是激波把它们点燃,至于是激荡之波还是激情之波,这个随你跟你的恋人解释了。反正爱情和激波很类似,同样高温、高(亲)密。激波把丑陋的流星体烧得绚丽,爱情把青年男女烧得灿烂,情感世界和物质世界总是相互影射。
马神甫和锦香草
公元1852 年,一位姓“羊毛帽子”(Chapdelaine)的法国天主教神甫受教会的派遣前往中国传教。不知道为什么,这位神甫的中文姓名竟然叫“马赖”――和他的姓名读音或意义毫不相干。1854 年,马赖到达贵州,踏上了这片“天无三日晴”的崎岖土地。两年后,他在与贵州相邻的广西被官府处死,按中方的说法,这是因为他在当地作恶多端。不过法国可不信这一套,生生凭着这起“马神甫事件”和英国一起发动了第二次鸦片战争。圆明园就是在这场战争中被焚劫一空的。
就在这位马神甫第一次到达贵州整整40 年后,另一位姓“骑兵部队”(Cavalerie)的法国天主教神甫也来到了贵州。这位神甫的中文名字是“马伯禄”,“马”自然是源自“骑兵部队”之意,于是他也成了一位马神甫。不过他可没空作恶多端,而是边传教边忙着到处采集动植物标本。他先后到过贵阳、贵定、都匀、安顺等地,后来又在贵州西南角的兴义待了6 年,可谓斩获颇丰。
1919 年,马神甫离开贵州进入唐继尧大帅亲自管辖的云南省继续采集标本。这唐大帅曾经因为和蔡锷等人一起发动讨伐袁世凯的“护国运动”而名震海内,可这时却正做着土皇帝的美梦。不过这土皇帝治理内政的水平并不怎么样,云南境内土匪横行,民不聊生。就在这一年,马神甫在昆明附近不幸被土匪杀死。一年多以后,唐继尧手下的军官顾品珍实在是看不下去了,起来赶跑了他的上司。可是顾品珍当云南省长还不到一年,居然也被土匪杀死了,然后唐大帅就又回来了。
今天在贵州、云南的低山上,我们可以找到一种名叫“锦香草”的低矮植物。这种植物有巨大的圆形叶子,上面生有粗毛,老百姓给它另起了个生动的俗名――熊巴掌。100 多年前,上面这第二位马神甫第一次采到了这种植物,所以锦香草的学名叫Phyllagathis cavaleriei,就是为了纪念他――我觉得其实也是在纪念过去那个悲惨的年代。
一吃肉就晕倒的孩子
上个世纪90 年代初期,一位家长带着孩子到美国费城儿童医院看病。家长描述说这个孩子每次吃完肉就晕倒,但如果吃肉之前吃了面包或甜点心就没事儿了。大夫们给这个孩子做了一些检测,发现晕倒是因为血糖过低造成的。氨基酸能通过刺激过量的胰岛素分泌诱发低血糖,特别是亮氨酸,如果输液的时候加入葡萄糖,就可以对抗氨基酸的作用,这个原理证明病人描述的现象是对的。但是什么原因造成这么奇怪的病例呢?
大夫们去请教研究生物化学的教授,教授说去看看谷氨酸脱氢酶(GDH)是不是有问题,因为氨基酸刺激胰岛素分泌与GDH 是有关联的。通过遗传学检测,还真发现了GDH 的基因突变,这个突变造成GDH 对其有抑制作用的物质不敏感,结果这个酶的活性就增高了,就产生了病孩子出现的奇怪现象。因为GDH 是管理氨基酸分解代谢的酶,所以孩子还表现有血氨的升高。最后,这个孩子被诊断为先天性高胰岛素血症并高血氨综合征,简单地说是嘿哈(HI/HA)综合征,治疗办法就是用药物抑制胰岛素分泌,这和治疗糖尿病正相反。
2004 年,一位在美国圣路易工作的教授意外地发现绿茶里的儿茶素(EGCG)能有效地抑制GDH,他和费城儿童医院联系后,开始观察儿茶素对有突变的GDH 的作用,发现这个EGCG 还真能抑制有突变的GDH,包括前面提到的那个病孩子的突变。继续深入的研究,他发现EGCG 还能有效地抑制氨基酸刺激的胰岛素分泌,这给治疗GDH 突变引发的低血糖带来了希望。目前的治疗只是针对胰岛素分泌过高,但没有办法管理例如肝脏和大脑GDH 突变造成的问题,通过一个简单的药物来抑制有遗传缺陷的蛋白质,从而达到全面治疗这个少见遗传病的目的,听起来的确是个很理想的治疗方法。
研究还在继续,这个例子说明病人自身在医学发展中起到了不可替代的重要作用。
飞檐走壁的功夫蜗牛
蜗牛这种动物,一直给人的印象就是移动得很费劲儿,但仿生学家不这样认为。研究发现,蜗牛的爬行方式也包含了大自然的智慧,法宝就是它分泌的黏液。蜗牛能在墙上不掉下来靠的主要它黏液的黏力,但是蜗牛又不是像胶水那样被粘死在墙上,它爬行的时候要拿黏液当作剂来用。如果蜗牛的黏液黏稠到能承受其自身的重量,那它在这种黏液上爬动岂不是一直要使出自身重量水平的力气?这对大多数陆地生物来说都是很费劲的事情。
其实蜗牛分泌的黏液,不是什么简单的黏液,它的性质能使蜗牛在墙上“四两拨千斤”。经典液体的黏度是一个常数,不会随外力而变化。但蜗牛的黏液不一样,当施加的外力较小时,它的黏度很大,表现为很黏稠的东西,能把蜗牛粘住不滑下去。但是当施加的外力大于一定值后,它的黏度就会突然下降,变成很稀稠的东西,具有的效果,蜗牛能很轻松地爬行。如果撤去外力,黏液的黏度又能很快恢复到原来的水平,使蜗牛不至向后滑下太远就能停住。因此,蜗牛爬行的时候,并不用一直使出搬动自身重量的力气,只要刚“启动”的时候使一下劲儿,把黏液变成很稀的东西,爬的时候就轻松了。
蜗牛的黏液的这种性质叫做“屈服”。力气不大,它就很强;力气大了,它“屈服”了,就变成很弱的东西了。如果想让蜗牛爬得更快就要找一种屈服之后能变得越稀,同时静止后又恢复得很快的液体。在真实世界里,很难找到一种极端矛盾的液体。研究发现蜗牛分泌的黏液,已经达到了最佳的性质了。人造产品中的很多屈服流体,如果拿去给蜗牛用,不要说爬得更慢,甚至爬不成都有可能。例如玻璃瓶包装的茄汁,放久了一下要倒出来还倒不出来,要用力晃很久。可是一旦晃出来了,就很容易“啪”地倒出来一大滩,“屈服”了。不过茄汁要放上一天才能恢复原来的黏度,如果给蜗牛用,它就得爬个不停,否则一停就老粘不住。