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世界因女科学家而美

日期:2016-01-06 【 来源 : 新民周刊 】 阅读数:0
阅读提示:女科学家们再次用独有的执着、细腻与热情诠释了“世界因科学而美,科学因女性而美!”
记者|陈 冰
 
        从宇宙空间的物理探索,到神经细胞的基础研究,从量子计算、利用流星余迹通信,到情绪解码以及癌症的攻克与治疗……女科学家们再次用独有的执着、细腻与热情诠释了“世界因科学而美,科学因女性而美!”
   2015年岁末,中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会及欧莱雅中国共同举办的第十二届“中国青年女科学家奖”颁奖典礼在京举行。获奖的9位女科学家中既有硕果累累的知名科学家,也有异军突起的“80后”新锐,其中不少不仅是学霸、学神,还是校花级人物。
  不靠颜值,靠实力,为女科学家们的执着与信仰点赞。
  
量子计算的世界纪录保持者
 
  《量子物理学》绘本是什么?Facebook创始人马克·扎克伯格为什么要给他初降人世的小宝宝看这本书?“云计算”、“大数据”等新概念甚嚣尘上,在芯片制造工艺不断逼近物理极限的当下,一旦摩尔定律失效,我们靠什么支撑“计算无处不在的未来”?
  微软、谷歌、英特尔,甚至阿里巴巴的看法竟都出奇地一致——“量子计算”。
  要知道,在即将到来的量子时代,量子革命可以创造一切——电动客机、《星际迷航》中的医学传感器,甚至是隐形斗篷。
  对于量子计算,量子计算分解质因数最大数的世界纪录的保持者,中国科学技术大学物理学院教授彭新华用累累硕果向世界证明——量子计算指日可待。彭新华教授经过刻苦钻研,她所带领的科研团队取得了一系列世界瞩目的成就——在国际上首次成功实现探测虚磁场中绝热模拟量子方针的实验研究,直接观察到了统计物理中至今被认为理论的非物理的李-杨零点;提出了新的确定性地、有效地解决无平方因子整数分解经典难题的Gauss sum量子算法;完成了整数“21”和“143”的量子绝热分解;通过演示一系列重要的量子算法,验证了量子计算的有效性和可行性。以上种种发现对理论物理意义重大,不仅意味着科学家将探测到以往不能探测的隐藏参数,更是为研究复杂体中的物理想象提供了全新的实验方法和可能。
  尽管目前量子物理研究仍处于起步阶段,但彭新华对于它的前景充满信心。量子计算相比传统计算有着十分显著的优势,一旦量子计算机发明成功,它将给未来世界带来颠覆性的改变。其中的奥妙就在于,传统计算机只能用“开”和“关”两种状态来控制电流,而量子计算机则具备“开”和“关”同时存在的“叠加态”。经典计算只能依次运算,而量子计算则能同时尝试所有可能的解。后者的计算能力相比前者不仅能有几何倍数的增长,更可以完成一些经典计算无法完成的任务。
  全球各地的顶尖科研实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想,然而迄今为止,世界上真正意义上的量子计算机(谷歌刚宣称推出了一台名为D-Wave的量子计算机,但它还“有待观察”)。如何实现量子计算,方案并不少,但如何在实验中完成对微观量子态的操纵简直难于登天。“已被提出的方法主要有光子的偏振、空腔量子电动力学、离子阱,以及核磁共振等。”彭新华充满信心地说:“我们的研究主要是基于磁共振技术,这无疑是目前发展最快、成果最多的方案。”
  当下,大数质因子分解已广泛应用于电子银行、网络领域的RSA公钥加密算法的安全性基础,它基于一个十分简单的数论事实:将两个大素数相乘十分容易,但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难,因此可以将乘积公开作为加密密钥。1994年,全世界范围内同时使用了1600个工作站、耗时8个月时间才完成了129位数的分解。如果要用同样的计算能力来分解250位数则要耗时80万年——简直如同愚公移山。与之相较,量子计算机采用Shor算法则可以在1秒钟之内实现1000位数的因子分解,也就是说,在量子计算机面前,现有的RSA加密算法将无密可保!
  “量子计算速度会有数十亿倍的提高,这种计算能力的飞跃,将远远超越从算盘到当代超级计算机的飞跃。试着想象一下,利用万亿次传统计算机分解300 位的整数需要150万年,而量子计算机则只要1秒钟即可解决,”彭新华激动地说,“毋庸置疑,量子计算机的出现,将对大数据产生革命性的影响。”焕然一新的计算概念,将真正为人类提供无限的计算能力。 
  “生命是沿着量子空间悠然前行”。彭新华的美丽人生是对这一量子世界经典名言的最佳注释。从16岁参加高考义无反顾地选择物理到现在,彭新华非常庆幸自己的坚持,她语气坚定地说,“量子物理是一门尖端科学,能在这个领域从事研究我感到自己很幸运,因为我始终对它充满了浓厚的兴趣。”对未知的一切保持兴趣,并不断探索,不仅是驱使彭新华探究量子计算奥秘的原生动力,更是这位女科学家对于科学之美的独到见解。
 
破解情绪奥秘
 
  为什么人会有“七情六欲,喜怒哀愁”?为什么高兴时心花怒放,如步云端,痛苦时又如五内俱焚,坠入深渊?为什么一些特殊经历会让人铭记终生?为什么生活条件越来越好,抑郁的人却越来越多?长久以来,情绪背后的脑神经奥秘一直是个未解的谜,而浙江大学神经科学中心教授胡海岚和她的团队正在慢慢地破解这个谜题。
  “快乐、悲伤、愤怒、恐惧和厌恶,人主要的情绪活动都是由这5种基本情绪混合而成。就像画家用红、黄、蓝这3种原色,调配出了画布上丰富的色彩一样。”胡海岚利用一项名为TAI-FISH的新技术解释了各脑区对于喜好或者厌恶的情绪反应编码模式。找到大脑中和每种基本情绪相关的神经环路,也就破解了情绪的密码,乃至一些心理疾病的“命门”,比如抑郁症。
  抑郁症正在成为严重影响人类健康的第二大疾病,全球至少有10%的人口受到过不同程度的困扰。然而,发病的成因却没有始终明确的定论。为探寻抑郁症的深层发病机制,胡海岚团队从分子与神经环路机制出发,通过蛋白定量质谱分析,电生理以及行为学等多种科学手段,首次证实了抑郁症的发生和大脑内“βCaMKII”的蛋白激酶分子密切相关,它是调节神经活动的重要蛋白,当它出现在大脑中负责传递奖赏信息的核心区域并且表达水平过高时,就会抑制快乐因子“多巴胺”的分泌,并且充当失望使者将负面情绪传递给大脑,导致了快感缺失与行为绝望,这也是抑郁症的核心症状。
  当下,白领人群的抑郁症患病率扶摇直上,名人罹患抑郁症的新闻不绝于耳。对于“患抑郁症的人都是过于脆弱”、“生活条件优渥就没有资格抑郁”之类网络上流行的说法,在胡海岚看来都过于片面:“在一些猴群中发现,猴王的压力应激激素比排在第二第三的猴子要高。这和人类社会中的‘CEO综合征’相似,这也是为什么抑郁症容易在一些业界精英、商界巨子身上发生。”在胡海岚看来,幸福和忧郁的情绪是相对的,它们的关系甚至是微妙的。一味只追求幸福会容易导致失望,在目标实现的过程中幸福的阈值也会不断升高。而悲伤的情绪也并不全是有害的,像最近迪斯尼的电影《Inside out (头脑特工队)》中展示的,它能引导我们趋利避害,去做出最有利的行动。但是,如果长期沉浸于负面情绪和种种压力应激,在一定时间内得不到调节,本来只是短暂的情绪变化经过长期积累,就有很可能导致脑功能持久性的变化,引起抑郁症。
  很久以来,人们相信快乐激素的多少对抑郁症的发病起决定性作用。为此,很多药物由此研发用于临床治疗,但是这些针对激素的抗抑郁药物起效慢、靶点广、副作用大。神经科学研究者正在加紧探寻抑郁症的深层发病机制,以期找到预防和治疗抑郁症的更好方法。胡海岚和她的团队在大脑缰核中的发现为理解抑郁症发机理以及治疗抑郁症的核心症状提供了全新的视角和分子靶点。
  在闺蜜眼中,读初中时胡海岚就是公认的“学霸”,“是全年级数学最好的女生,轻声细语,从容淡定,漂亮聪颖”。在美国加州大学伯克利分校攻读神经生物学博士学位时,胡海岚的科研目标开始变得明确——揭开情绪的奥秘,掌控大脑神经环路的“编程”。在胡海岚看来,大脑是自然界最神秘最复杂的结构之一。21世纪是生物学的世纪,更是脑科学的世纪。这个领域不仅有太多的挑战,更有太多的未知。
  区别于严谨的实验室,在胡海岚清新明丽的办公室里充斥着植物、鲜花、照片、零食……还挂满了专业级的摄影作品,以及好友送给她的油画,一帧风景如画的校园照片是她的最爱,那是美国冷泉港实验室,她博士后工作的地方。虽然寻找药物靶点和研发新药尚需时日,在胡海岚眼中,科学的进程,就像她喜欢和团队一起进行的爬山活动一样:有时候似乎很久都在原地踏步,有时候却在一霎眼见间就翻越了山丘,豁然开朗,而在过程中感受到的自由、希望和美,是她们前行的动力。
 
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