科普知識文章
隨著科學技術的飛速發展和全球化程序的不斷加快，科普文章在向社會大眾普及科學技術知識，提高公眾科學素養等方面發揮著舉足輕重的作用。下面就是小編給大家整理的，希望大家喜歡。
：讓黑暗賦予光明——黑矽自述
各位朋友，我是“黑矽”，為什麼叫黑矽呢?簡單說，我也是矽家族的一員，但是與常規的其他矽片兄弟比起來，我表面看起來很黑，幾乎不反射光並且對光吸收率很高，人們又覺得我天生異秉能做成特別神奇的器件，因此給我取名叫“黑矽”。由於製作我的方法眾多，半導體各個分支領域對我的理解也不是完全一樣，這裡我簡單做個自我介紹，請各位以後多捧場，多研究下我，讓我的知名度更高些。
在二十世紀八十年代，一些人用反應離子刻蝕矽襯底的方法最早製作了我***圖1***，所謂反應離子刻蝕就是利用由等離子體強化後的反應離子氣體轟擊刻蝕矽表面，正是這種高能氣體離子在矽表面不斷的刻蝕，最終在矽表面形成了奈米細針陣列的表面結構，這種細針高度可達到10微米以上並且直徑小於1微米，人們相信這種材料與矽相比有著獨特的效能，於是給我取名“黑矽”。我的產生正是古語所云“鐵杵磨成針”的寫照，你看億萬高能離子的轟擊，千錘百煉方能成就我的微奈米尖錐表面。隨後多年，奈米研究風起雲湧，弄潮的人兒也創造了多種方法來製造我，除了不斷改進的反應離子刻蝕方法外，還有電化學刻蝕、應力刻蝕、氣相化學刻蝕、金屬輔助化學刻蝕、等離子體浸沒刻蝕等眾多的方法，這些方法做出來的我雖然微奈米結構上看來是有些不同，但是人眼看我絕對是夠黑的，並且用我做的探測器、熱成像器件、太赫茲應用器件、太陽電池等都有不錯的效果。
：跨越邊界——向圖靈致敬
60年前的那個6月，一位年輕的英國科學家被發現死於他在英國曼徹斯特的小公寓中，當時距他的42歲生日只有16天。官方調查認定是自殺。他被家裡的清潔工發現時已經死去，身旁還有一個吃了一半的蘋果，隨後的屍檢報告顯示死因為氰化物中毒。他死後，包括他母親在內的幾個人質疑自殺的結論，他們認為這更有可能是一次意外事故，因為他在家裡搭建了一套給湯匙鍍金的裝置，其中需要用***來溶解黃金。支援這一觀點的證據還包括，死者沒有留下遺書，實際上，他的遺物中還有一個在即將到來的週末假期要完成的任務清單!不論何種原因，這一離奇的死亡終結了一位偉大人物的生命。他的名字叫阿蘭·圖靈***Alan Turing***，被公認為史上最聰明的科學家之一、現代計算機之父和人工智慧研究之父。
圖靈於第一次世界大戰爆發之前生於倫敦，他的父親為英國政府工作，絕大多數時間都在印度。圖靈從小就表現出種種天才的跡象，最終到劍橋大學學習數學，獲得一等榮譽學位。取得學位後，圖靈成為劍橋大學國王學院的研究員***Research Fellow***，提出了後來舉世聞名的“圖靈機”的概念。“圖靈機”是一種假想的機器，能對列印在紙帶上的符號進行操作，它可以用來模擬計算的過程，計算機演算法的概念由此誕生。圖靈從理論上證明：只要能夠寫出指示計算過程的演算法，就有可能開發出能計算任何可被計算問題的機器。計算機中央處理器***CPU***的工作機制就是建立在這個核心概念之上的。
數學和計算方面早早取得成功後，圖靈來到了美國的普林斯頓大學。普林斯頓大學一直以來都盛產頂級科學家，包括愛因斯坦以及其他22位諾貝爾獎得主，此外還有兩位畢業生成了美國總統。然而，在《普林斯頓校友週刊》中，正是圖靈被列為普林斯頓大學史上第二重要的人物***僅次於美國憲法的締造者詹姆斯?麥迪遜總統***。1938年，圖靈在普林斯頓大學獲得博士學位，主要工作為純粹數學和早期的密碼研究。
到英國後，圖靈開始將部分時間用於在政府研究中心開發密碼。一年後，第二次世界大戰爆發，圖靈的工作逐漸專注於破譯德軍的密碼。這期間，圖靈在密碼編制和密碼破解的數學基礎方面做出了巨大貢獻，這些工作非常重要和基礎，實際上直到2012年英國政府才允許將它們公開發表，以慶祝圖靈誕辰100週年。這些成就讓世人驚歎，顯然，圖靈絕非一個普通人。事實上，他不但是一位出色的科學家，還是一位擅長長跑的優秀運動員，偶爾他會跑上40英里，從他工作的布萊奇利公園到倫敦市中心參加政府高層會議!戰爭一結束，圖靈就發表了一篇文章，首次詳細描述瞭如何設計一臺自帶程式的計算機，並稱之為自動計算引擎***Automatic Computing Engine，ACE***。英國政府建造了這種機器的試驗版本，並在1950年5月執行了第一個程式，有人認為這是計算機時代的開端。
：家務勞動或許能救你一命
我向來對體育鍛煉不熱衷。我的工作狀態基本上是每天數小時坐在電腦前，偶爾會和別人交談，當然也是坐著。晚上我通常是坐著看電視，除非外出——外出的時候，一般也是先坐計程車，然後坐著吃飯。坐著是我的常態，我可能一天當中有十五六個小時都在坐著***其餘8個小時躺著睡覺***。所有的研究證據都表明，身體活動水平低下對健康不利。幾年前知名醫學雜誌《柳葉刀》***The Lancet***上發表了一系列綜述文章，指出身體活動水平低下是當今人類健康的第四大殺手。根據世界衛生組織的資料，全球每年死亡的人中，有10%***500萬人***直接源自身體活動水平低下。
我的問題是，我深知不活動的危害卻無法激勵自己站起來運動。要讓我真正進行體育運動，除了它對身體有益之外還需要一個理由。倒不是說我身體有缺陷不能正常運動，而是心理上對其有牴觸。例如，我兒子在北京的時候，我每天早上比現在早起一個小時，跟他一起騎車5公里到學校。我會在他學校附近的咖啡館喝杯咖啡，然後騎5公里回家，再去離我的住處只有500米的辦公室。顯然，騎車是屬於我的一項運動——因為它也是坐著完成的!但這確實是體育運動。而且，當你和一個17歲的男孩一起騎行，速度也相當可觀。在路上，我們經常試圖與電動自行車流競速，這時我的心率很可能達到了體育訓練的水平。
這裡很關鍵的一點是，我每早樂此不疲地騎行是因為一個其他的理由，即與兒子為伴。我們經常會逆風前行，有時還會遇上暴風雪，兩個人不怎麼說話。但大多數情況下，他會給我講他在學校乾的事情，他對將來的規劃，以及各種毫無意義的男人話題，比如說法拉利458義大利***Ita1ia***和蘭博基尼埃文塔多***Aventador***哪個更棒?其實哪一款我們都不可能擁有，但對男人來說弄清楚這個問題很重要***順便說一句，蘭博基尼埃文塔多更棒***。他在北京的最後3個月，轉到另外一所學校，距我們的住處17公里。然而我依然陪他騎行上學。我們比之前又早起30分鐘。新的學校附近沒有咖啡館，每天他進了學校大門，我就直接調頭折返。
在那幾個月裡，每天我到單位上班的時候，已經騎行了差不多一個全程馬拉松。然而對我來說，這並不關乎運動。兒子現在回英國讀大學，我仍然每天騎自行車，但只是從住處直接到辦公室而已，每天總共也不過10分鐘的運動量，並且速度和心率比我坐著工作時也強不到哪裡去。我從未想過，自己應該調轉方向，以3倍於平常的速度騎行半個小時，運動到大汗淋漓再回來。兒子不在我的身邊，如此騎行對我就僅僅是一項運動，我沒有足夠的動力來做。我瞭解各種有關身體活動低下的統計結果和生物學原理，以及運動健身的好處，但這一惰性仍然如此強烈。那麼對不瞭解運動益處的人，將會是怎樣的情形?
不過，戶外運動究竟有多麼健康，對於住在北京的人來說還要考慮另外一個問題。這個問題就是空氣汙染。北京的空氣質量之糟糕已是地球人都知道的事。我曾經連續3個月每天都騎行一個馬拉松的距離，這真的對我的健康有益麼?考慮到騎行時的空氣質量，答案也許是否定的。
所以看起來怎麼都是輸。如果你不運動，就會遭遇各種與身體活動水平低下相關的生理和健康問題。然而如果你運動的話，中國東部大部分地區的空氣質量可能會使得運動比不運動更加危險。那到底該怎麼做?答案，至少對中國男人來說，是家務勞動。這個答案對中國的大多數婦女來說一定非常悅耳。你的丈夫在家是不是從來不分擔家務?也許值得向他們指出:多做家務能降低他們患上各種非傳染性疾病的風險，包括癌症。
這一論斷的證據來自2013年發表在《公共科學圖書館·綜合》 ***PLOS One***雜誌上的一篇文章，研?a href='//' target='_blank'>咳嗽閉攵?000名中老年中國人研究了從事家務勞動的益處。篩查過程中剔除了1133名已經患有心臟病、中風、癌症或糖尿病的受試者，最終的有效資料來自2867名健康個體。他們記錄了研究物件每天身體活動的時間，既包括體育運動和散步之類的休閒活動，也包括園藝勞動以及修剪草坪等。此外，研究人員還記錄了研究物件花在室內家務勞動和居家維修上的時間。之後研究人員對受試物件進行了長達11年的跟蹤調查，這期間有452人死亡，其中185人死於癌症。根據年齡、受教育水平和生活方式等有關因素對資料進行修正後，他們發現，從事更多更重家務勞動的個體的死亡風險顯著低於很少或幾乎不做家務勞動的個體。兩者的風險比為0.72，意味著風險降低了大約30%。這個效應非常巨大。但是，疾病風險的降低除了受家務勞動的直接影響外，還可能有各種各樣的原因。例如，從事更多室內家務勞動的人可能體育運動或戶外休閒活動也比較多。也許完全不從事家務勞動的人其實是嚴重肥胖的，因此他們的死亡率是與肥胖有關，而非家務勞動的多與少。然而，在對身體組成***體重指數***、生活狀況***已婚、未婚等***和戶外休閒活動的影響進行修正後兩者之間的風險比僅變為0.71，這說明上述其他因素對家務勞動和全因死亡之間的關係沒有影響。家務勞動對於癌症風險的影響更為顯著。從事大量家務勞動的研究物件得癌症的風險只有幾乎不做家務勞動的人的一半***兩者的風險比為0.52***。而從事中等量、輕強度的家務勞動則對死亡風險影響甚微。
這項研究中有兩個發現特別讓人詫異。其一是家務勞動的影響遠遠超過包括體育運動在內的休閒活動。其二是家務勞動對健康的顯著影響僅見於男性中。對研究中接受調查的女性而言，家務勞動的多少與全因死亡或癌症引起的死亡之間沒有任何相關性!因此，對女性來說，這個研究的結果真是個好訊息。你可以把所有的家務活都轉交給丈夫，而不用擔心會增加死亡或癌症發病的風險;你的丈夫承擔所有的家務，同時能因此活得更長。在我看來，還有兩點額外的益處。與體育鍛煉相比，家務勞動的目的不同，這其實是一項工作。跟純粹的運動相比，我更有可能堅持做家務，就像我能陪兒子騎行很遠去上學，而沒有他在身邊卻一點也不想多騎。另外一個好處是，根據定義，家務勞動是要在室內完成的，因此，這也是一項你不需將自己暴露在北京的空氣汙染中的“運動”。
這聽起來太美好，以至於讓人覺得不真實。而這很可能確實不是真的。對於所有這類研究，我們要記住非常重要的一點:儘管樣本量很多***近3O00人***，隨訪調查的週期也很長***約10年***，但所得到的結果只是一個相關性。家務勞動的增加與死亡率的降低之間不一定是因果關係——無論資料看起來多麼有說服力，也無論這些資料與其他研究結果是多麼一致。舉個例子，某個人對家務勞動的承擔很可能反映出他整體上比較積極的生活態度。如果一個人把家裡料理得井井有條可能意味著他對其他事情的態度也是積極認真的。也許是他們對生活的整體態度影響了他們做的其他事情，從而降低了死亡的風險。這些人可能飲食更健康，朋友圈子更廣，對社群活動更熱心等。上述幾點都被認為與壽命以及包括癌症在內的非傳染性疾病發病風險有關。料理家務也許只是體現其他真正對死亡風險有影響的因素的一個指標。因此，如果你決定開始承擔大量家務，但在其他相關事情上不做任何改變，最終的結果可能僅僅是你有了一個更乾淨的家。承擔家務對死亡風險的影響會很微弱，甚至有可能是負面的。也許願意幹家務和居家維修的人有一套專門的手藝，而不做家務的人則不具備。如果突然開始從事各種家務勞動，而沒有相應的經驗，你可能會面臨較高的事故風險，比如從梯子上摔下來、觸電等。事實上，如果你對事物的看法原本是相當負面的，突然每週承擔大量的家務勞動，不太會讓你對生活的看法更樂觀，而很可能會使情況變得更糟。我們真正需要的是一項隨機對照實驗，將受試者隨機分成兩組，給一組安排較多的家務勞動，另一組不安排，隨後跟蹤調查他們的死亡風險。只有這樣我們才能確定觀察性研究中的相關性是否屬於因果關係。
在我們衝出去抄起拖把和水桶大幹一場之前，還有另外一些可能是很重要的事需要考慮。這項研究中的受試者相對年齡較大，而調查開始時對於他們的身體活動情況僅做了一次詢問。確切一點講，研究開始時，研究物件的平均年齡為72歲，存在於這一年齡段人群中的效應不見得能推廣到三四十歲的人群中。另外，在這類研究中簡單地詢問受試者做了什麼是常用的方法。但實際情況是，詢問得到的答案不是很準確，因為人們會遺忘，甚至還可能會說謊。也許，研究物件進行的家務勞動量實際上並沒有顯著差異。這就留下了一種很有意思的可能，即在自己從事多少家務的問題上撒謊能降低癌症的發生以及全因死亡的風險!最後，我緊抓不放的一點是，這一效應僅在中國男人中得到證明對於像我這樣的高加索人，也許並不成立。不管怎樣，我妻子聽到這一新聞的時候，我就是這樣跟她說的。