近日某研究团队发表了论文

最近，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授团队在高水平期刊《Nature Communications》上发表了题为“Hybrid nanogenerator for simultaneously harvesting sun and rain energy”的一篇论文。该研究团队成功地设计并制备了一种新型的混合纳米发电机，可以同时从太阳和雨水中收集能量。该混合纳米发电机采用了多层结构，包括由半导体纳米线、珍珠岩和碳纤维布组成的柔性基板和由钛酸锶、银、氧化锌和聚丙烯腈等复合材料制成的光电极。在实验中，该混合纳米发电机可以同时输出太阳能和雨能电能，达到了不错的能量转换效率。这项研究的成果具有重要的应用价值，可以在实现清洁能源方面发挥重要作用。该研究还证明了科学家们通过将不同技术结合在一起，可以开发出更加高效的能源转换装置。

早在1999年，芬兰的研究团队就发表了喝牛奶会增加罹患乳癌风险的论文，刊登于《临床流行病学杂志（Journal of Clinical Epidemiology 1999; 52: 429-439）》。该研究团队发现，喝全脂牛奶的停经前妇女（尚未停经的妇女），罹患乳癌的风险会增加2.2倍。

位于北欧的芬兰，畜牧与酪农产业发达，牛奶也是芬兰人民的主要食物之一，这篇论文的发表，对北欧诸国畜牧与酪农产业的冲击应该不小。

美国加州洛马琳达大学公共卫生学院疾病预防中心的研究团队，追踪52,795位妇女（平均年龄57.1岁）长达7.9年，分析妇女长期喝牛奶或喝豆浆与罹患乳癌的风险。结果发现：牛奶会增加罹患乳癌的风险，喝得越多，乳癌的风险就越高。（推荐阅读： 【图解】预防乳癌如何从饮食下手 ）

该研究指出，每天只喝1/4～1/3杯牛奶的妇女，罹患乳癌的风险就会增加30％；而每天喝1杯牛奶的妇女，相关的风险高达50％；至于每天喝2到3杯牛奶的妇女，风险进一步增加到70～80％。

值得注意的是，该结果只反映在停经后妇女，而停经前妇女（尚未停经的妇女）则无此相关性。研究结果刊登于2020年2月25日的《国际流行病学期刊（International Journal of Epidemiology, dyaa007）》。

（图片来源：Shutterstock）

该研究也指出，对停经后妇女而言，用豆浆代替牛奶可以降低32％的乳癌风险。但对于尚未停经的妇女，降低乳癌的风险并不显著。另外，其他相关的研究也支持豆浆有利于降低乳癌的发生机率。

建议停经后妇女，以豆浆代替牛奶，则患乳癌的风险会显著降低。（推荐阅读： 停经后妇女，较容易罹患心脏血管疾病？ ）

早期的研究也发现，乳制品消费量高的人，可能会同时食用大量肉类、或其他高脂类食物，这也可能增加罹患乳癌的风险。资料刊登于2001年的《 癌症流行病学、生物标记与预防（ Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention 2001; 10: 1281-1285） 》期刊 。

（图片来源：Shutterstock）

牛奶是一种好的营养素来源，一直被认为对健康有多种益处，尤其是含有钙和维生素D，可以降低骨折风险。但是这些好处似乎被高估了，因为目前并无证据支持多喝牛奶可以预防骨折。

牛奶其他好处包括：发育中的青少年可以有更高的身材，以及可以降低大肠癌的风险。但是，牛奶也与某些癌症（包括前列腺癌和子宫内膜癌）的罹病风险增加有关。

牛奶中所含的的性荷尔蒙（雌激素、与黄体素）、和「类胰岛素生长因子-1 （IGF-1） 」 ，可能是诱发乳癌的两种相关物质。为了增加牛奶的产量，畜牧业者经常在牛的饲料中添加了类胰岛素生长因子（IGF），而类胰岛素生长因子则与某些癌症（包括乳癌、与前列腺癌）有关。

另外，有研究指出：摄入的牛奶会 *** 肝脏制造类胰岛素生长因子-1（IGF-1），造成血液中的IGF-1浓度升高，而IGF-1会促进细胞增生，可能是乳癌的致病因素。资料刊登于2017年的《 癌症原因与控制（ Cancer Causes & Control 2017; 28: 497-528） 》期刊 。

＜本专栏反映专家意见，不代表本社立场＞

根据最近的学术报道，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授团队最近发表了一篇题为“CoCu纳米芯片的反应性气体传感器应用研究”的论文。该研究利用电化学沉积法制备了CoCu合金纳米芯片，并将其应用于反应性气体传感器中。研究显示，在CO2和NH3等反应性气体的作用下，CoCu纳米芯片的电阻率发生明显变化。通过进一步的分析和实验，研究人员得出结论：CoCu纳米芯片可用作一种非常灵敏和准确的反应性气体传感器，并有望在环境检测、医疗诊断和制药生产等领域发挥重要作用。这项研究成果为新型纳米电化学材料的研究开辟了新的思路，对于促进纳米传感器技术的发展也具有重要意义。

LIGO探测到的引力波，频率在几十赫兹到几百赫兹，属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号，频率为纳赫兹，波长跨越几个光年的尺度，属于低频引力波。 张承民 中国科学院国家天文台研究员 1月11日，据国外媒体报道，北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）宣称，其发现了一个可能来源于低频引力波的信号特征，如果被证实，这将是引力波天文学的又一大里程碑。 NANOGrav发现的信号来自遥远的脉冲星。这些脉冲星是快速旋转的致密天体，它的两极发出的光束犹如宇宙中的灯塔一般掠过地球。研究人员利用射电望远镜收集了可能由引力波产生的信号数据，相关研究结果发表于《天体物理学快报》。 找到脉冲星信号时间差 “数据中出现的信号令人难以置信却又兴奋。”上述研究首席研究员约瑟夫·西蒙说。 2015年以来，科学家已利用激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和欧洲室女座引力波天文台（Virgo）多次探测到引力波信号。疑似低频引力波信号的现身，为何依然令人如此激动？ “LIGO探测到的引力波，频率在几十赫兹到几百赫兹，属于高频引力波。而NANOGrav寻找的引力波信号，频率为纳赫兹，波长跨越几个光年的尺度，属于低频引力波。”张承民表示，从频率来看，两者相差十多个量级。 张承民介绍，探测纳赫兹引力波信号对于研究早期宇宙 历史 、验证大爆炸理论、获得超大质量黑洞碰撞并合信息、研究星系合并以及进一步研究宇宙各种引力波类型的性质等具有重要意义。 引力波被称为时空的涟漪。天文学家不能通过望远镜直接“看”到它，但可以通过测量其穿过时空时造成的影响——物体精确位置的微小变化，来寻找它。 NANOGrav选择的研究对象是脉冲星信号。脉冲星是一种我们能探测到的、可靠的宇宙计时器。这些小而稠密的致密天体快速旋转，以精确的时间间隔发出射电波脉冲。 而引力波则会对这种规律性造成干扰，因为引力波产生的时空涟漪会使时空产生微小的拉伸和收缩。这些时空涟漪会导致脉冲星信号到达地球的实际时间与预期时间之间出现极小的偏差。 NANOGrav就是通过研究散布在银河系中许多毫秒脉冲星发出的规律信号的时间特征，即所谓的脉冲星计时阵列，来探测由于引力波拉伸和收缩时空而引起的时间微小变化，进而获得引力波存在的线索。 被选中的星可谓百里挑一 据介绍，NANOGrav通过研究47颗旋转最稳定的毫秒脉冲星创建了脉冲星计时阵列。 为何是这47颗脉冲星？ 因为，并非所有的脉冲星都能用来探测这种低频引力波信号，只有旋转最稳定、被研究时间较长的脉冲星才能实现探测需求。这些脉冲星每秒旋转数百次，具有难以置信的稳定性，如此才能保证探测引力波所需的精度。 “目前，天文学家已发现3000多颗射电脉冲星。普通脉冲星的稳定性不够，但毫秒脉冲星的稳定性非常高，高到几亿年甚至几十亿年才会慢一秒，所以可以利用毫秒脉冲星进行高精度测量。”张承民解释道，目前发现的毫秒脉冲星数量在400颗左右，天文学家会进一步从中挑出非常稳定的脉冲星作为观测对象，这47颗毫秒脉冲星便来源于此。 NANOGrav表示，在其所研究的47颗脉冲星中，有45颗拥有至少3年的数据集用于分析。在此次研究中，研究人员在这些数据集中发现了一种低频噪声特征，这种特征在多个脉冲星上都是相同的。他们所发现的时间变化如此之小，以至于在研究任何单个脉冲星时，证据都不明显。但作为整体时，这些不明显的证据便意味着一个重要的信号特征。 “脉冲星的运动互相之间本来并没有相关性，但引力波穿过银河系会使它们的运动出现一种相关性或规律性。这项研究是希望把各种噪声排除，把这种规律运动的信息寻找出来，从而找出低频引力波信号。”张承民说。 得到确切结论还需几年 NANOGrav声称，新发现的信号特征已排除一些引力波以外的来源，比如来自太阳系物质的干扰或者数据收集中的某些错误等。 为了验证这一疑似低频引力波信号，研究人员必须在不同脉冲星数据之间找到一种独一无二的相关性——两颗脉冲星数据的关联程度和它们相对地球的天空方位有关。但由于信号太弱，目前还没有发现这种相关性的显著证据，增强信号则需要NANOGrav扩展它的数据集，以包括数量更多、研究时间更长的脉冲星，这就需要增加望远镜阵列的灵敏度。此外，通过将NANOGrav的数据与其他脉冲星计时阵列实验的数据汇集在一起，开展国际脉冲星计时阵列（IPTA）合作计划可能会有助于揭示这种特殊的相关性。 目前，NANOGrav正在开发新的技术，以确保检测到的信号并非来自其他来源。 他们正在建立一种计算机模型，帮助检测信号是否是由引力波以外的效应引起，以避免错误判断。 “用脉冲星计时阵列探测引力波需要耐心。我们正在分析十几年的数据，但得到确切的结论可能还需要几年的时间。”NANOGrav现任主席斯科特·兰森说。 需要更多大型望远镜的加入 这个信号是否真的来源于低频引力波？张承民认为：“目前的研究结果还处于初步阶段，暂时不能盖棺定论。” “这项研究实际上是分析了40多颗毫秒脉冲星的观测数据，是数据处理的结果。计时数据处理方法、毫秒脉冲星的选择对研究结果会产生巨大的影响。要证实确实是低频引力波信号，还需要进一步验证。”张承民说。 张承民介绍，除了北美，目前澳大利亚、欧洲都有望远镜对毫秒脉冲星进行监测。通过全球其他射电望远镜的加入，为研究团队提供更多优质数据，未来是有可能对这项发现进行进一步验证的。 不过也有个不好的消息， 在整个研究过程中，NANOGrav利用了美国绿岸射电望远镜和阿雷西博望远镜的观测数据。而305米口径的阿雷西博望远镜最近却垮塌了。 NANOGrav表示，研究团队将寻求其他数据来源，并加强与国际同行的合作。但失去阿雷西博望远镜，还是会对NANOGrav在未来描述这种背景噪声并探测引力波信号造成影响。 “阿雷西博望远镜的精度比较高，它的垮塌使新的数据积累受到影响，加大了验证的难度。未来，研究团队需要联合其他望远镜进行观测，对这项发现进行进一步检验。”张承民说。

自从2015年人类第一次观测到引力波，引力波物理已然成为目前最为火热的研究方向之一。作为了解宇宙的新窗口，引力波正逐步为我们展现一幅千百年来人们都不曾见过的宇宙画卷，其中的物理现象为我们将来的物理学发展指明了一些方向。 引力波与新物理 传统的物理实验研究往往受到我们赖以生存的环境的很大限制，例如对撞机实验和天体物理电磁信号的观测。就目前而言，粒子对撞机是探测极小尺度新物理最有效的手段，而对撞能标是衡量对撞机探测性能的重要指标——越高的能标能够帮助我们探测越小的尺度，了解更基本的物理规律。但是在现有的生产条件下，对撞机的能标提升已经愈发艰难。虽然在未来二十年，粒子对撞机的能标有希望达到100TeV附近，但是在目前最高的14TeV对撞能标的粒子物理实验中，我们还未发现确切的新物理信号。另外，传统的天文观测几乎都基于电磁波信号，在过去近百年的技术革命下，电磁波天文学已经取得了丰硕的成果。但是时至今日，电磁波段观测深度的限制和前景的干扰（ “前景”指视线方向与被观测源相近，但距观测者较近的天体）仍是我们了解更大的宇宙空间和更久远的宇宙 历史 的坚固障碍。 图1：对撞机的尺度与能标示意图 过去一百多年以来，激光干涉技术的发展大大提高了我们对于极其微小的长度变化的测量能力。这一技术的跨越式发展使得我们探测引力波成为了可能。目前，全球的主要经济体都已启动或正在布置自己的引力波观测项目，引力波天文学已经成为天文学和物理学中新的沃土，将会带给我们对于宇宙和物理学全新的理解。 相对于电磁波而言，引力波观测的优势主要有两方面：一是引力波信号一般很难被前景干扰，所以背景本底的信号可以被探测到；再者，由于引力波在传播过程中与普通物质的相互作用非常微弱，所以诞生在宇宙早期的引力波信号能够一直较为纯净地保留至现在，成为一种宇宙的“ 历史 遗迹”等待着科学家的观测。 引力波观测与传统的对撞机实验和电磁波段的天文观测的结合，将会极大的拓展我们对宇宙和基本物理规律的认知。 爱因斯坦的引力理论诞生一百多年以来，人们对于黑洞的研究取得了很多重大的突破，但是时至今日我们对于这类宇宙中最为极端的天体仍然知之甚少。大家相信，完整地描述黑洞的物理需要引力理论和量子理论相结合，但是目前这两个在各自领域取得了极大辉煌的理论在结合时遇到了各种各样的困难。黑洞视界的附近作为引力理论和量子理论的冲突现场，或许能够带我们一窥量子引力理论的真容，极大拓展我们对基础理论的认知。 另外，宇宙极早期的各种物理过程会诱发时空的随机扰动，产生随机引力波背景，若目前的引力波观测能够发现一些随机引力波背景的特征，那么也将暗示着宇宙早期有些不寻常的过程发生。最后这一点便是最近一项研究的出发点，该研究由中国科学技术大学的蔡一夫教授和波兰雅盖隆大学(Jagiellonian University)的林春山教授共同领导，博士后王博博士和博士生鄢盛丰参与，相关论文已于日前发表在国际著名期刊Physical Review Letters上。下面将对这项工作进行简要介绍[1]。 荡秋千的启发 在平时玩荡秋千时，大家应该已经有所发现：在没有人推动的情况下，想要秋千越荡越高，那么我们需要规律地前后摇摆身体，用自身重心的摆动来驱动秋千的振荡，这便是一种特殊的共振现象，叫做参数共振。 图2：荡秋千示意图 参数共振现象在物理学的各个领域有着广泛的应用。在宇宙学领域，大家相信在宇宙演化的一个时期，参数共振现象很有可能起着决定性的作用。在暴胀学说中，由于暴胀过程极具“稀释”效应，这一过程结束时导致了整个宇宙内一片死寂，仅剩下驱动暴胀后标量场遗留的能量或者是一些其它轻的标量场。这时候需要参数共振将驱动暴涨的场的能量转化为各种后期宇宙演化所需要的物质成分，将整个宇宙重新加热。这些大量产生的物质成分，不仅包括光子、电子、质子等粒子物理模型所能描述并被观测得到的粒子，还包括了原初时期就产生的暗物质和暗能量。这一过程被称为宇宙的预加热，接下来宇宙进入到标准热 历史 演化之中。 SSR机制最早用于研究原初黑洞的形成和预言其丰度。原初黑洞是一种特殊的黑洞，它们是宇宙在极早期由于局域空间曲率的不均匀性导致了原初物质密度扰动坍塌而形成的黑洞，它们的形成机制有别于通常情况下恒星坍缩形成的黑洞。早在上世纪六七十年代，苏联物理学家雅科夫·泽尔多维奇（Yakov Zel'dovich）和英国物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）分别指出了这种极早期宇宙中黑洞形成的理论可能性[5][6]，并在后来的宇宙学研究中被广泛探讨。由于原初黑洞的形成和其自身特点，它们成为了一种重要的冷暗物质候选者，并且也可能是重要的引力透镜天体和引力波源的候选者。SSR机制所预言的原初黑洞主要分布在一些特殊的质量附近，且分布密度很高，可以与暗物质能量密度相比拟(即绝大部分暗物质为原初黑洞)。 在此基础上，蔡一夫教授团队发现，由于SSR机制极大地放大了原初标量扰动的振幅，在二阶扰动层面，通过标量与张量非线性的耦合，SSR还可以分别在暴胀期间和暴胀后的辐射为主时期诱导产生随机引力波背景，并且可能在将来被引力波探测器探测到[7]。此外，SSR的模型实现与应用也是一个值得深入研究的内容，目前有在暴涨子-曲率子图像下的应用[8]，DBI暴涨下SSR的实现[9]，以及在特殊的双场模型中有类似的共振放大应用[4]。 引力波的SSR 在5年多以来对引力波的观测中，最令科学家们激动的引力波事件莫过于观测到了双中子星并合的引力波(GW170817)，并且同时观测到了对应的多波段的电磁信号。这样一个标准汽笛事件的发现，可以同时让我们知道引力波源的红移和距离信息，为宇宙膨胀速度的测量开辟了一个新窗口。更重要的是，通过比对接收到电磁信号和引力波信号的时间，我们还可以对引力波传播速度进行限制。目前通过这一事件，我们认为引力波传播速度和光速之间的差异在10-15量级的精度以内。 但是，这个速度限制是来自比较近邻的宇宙的观测数据(一般红移小于1)，而目前的观测证据对于远处或者说更早期的宇宙中引力波的传播速度，并没有很好的限制，而在这种时期，如果引力波传播速度有较大的非平凡特性（即偏离了爱因斯坦广义相对论预测的光速），那么可能预示着早期宇宙中有超越标准理论的新物理在发生作用。 在超出爱因斯坦广义相对论的修改引力理论中，有一些理论诸如Horndeski理论、4维Einstein-Gauss-Bonnet理论，它们的标量自由度和张量自由度有一定程度上的耦合，如果在早期宇宙中这些理论的效应相对明显，那么将对早期宇宙中的引力波传播速度产生影响。其中一种可能的情况便是，在极早期的预加热阶段，由于那时标量自由度具有周期性振荡行为，标量场通过与张量场之间的耦合使得张量自由度的声速大小具有周期振荡行为(即引力波的传播速度大小有振荡行为)，并且这个振荡的特征会随着宇宙膨胀而被抹平，那么引力波传播速度在相对近邻的宇宙中会回归到光速。 由于引力波传播速度在极早期具有的振荡行为，引力波便也会产生参数共振现象，这便是引力波的SSR。它使得引力波振幅得到指数级放大，在极短时间内放大4-5个量级，然后共振会很快结束并使引力波背景回归到正常的演化中。这类SSR都属于参数共振中的窄共振类型，发生共振的频段是在特征频率附近很窄的一个频段内，以及特征频率整数倍的频率处，但是一般只有特征频率处占主导。此时，背景引力波的振幅在特征频率附近会产生一个峰值，这样一个峰值特征会随着宇宙演化保留至今，从而被现有的引力波探测器和未来的引力波探测实验观测到。 这个预言的意义在于，如果我们能在未来探测到这个背景引力波谱特征，那么可以推断在极早期宇宙中引力波的传播速度会有明显偏离光速的特点，也就是说那时的引力理论很可能不再由爱因斯坦广义相对论描述。这是存在新物理的证据。 图3：引力波的声速共振机制示意图 另外，在这项研究中，研究人员还发现由于引力波在线性理论下被剧烈放大，还有可能引发相对明显的高阶非线性效应。共振放大和非线性效应若被同时观测到，那么将大大增加该机制存在的可能性。这些非线性效应还有可能解释目前被NANOGrav实验观测到的疑似背景引力波信号，而该研究还在进行当中。 于粒子物理而言，这一项工作也有重要的意义：引力波共振放大发生的能标在TeV能标之上，基本上高于现有的粒子对撞机实验能标。也就是说，该现象若被发现也可能预示着早期存在一些超越粒子物理标准模型的新物理，例如通过修改引力理论中标量场与希格斯场的耦合与一些散射，使得标量场影响引力子的行为，从而改变引力波传播速度。这些预言都等待着未来观测水平的提高来加以佐证。 参考文献： [1] Y.-F. Cai, C. Lin, B. Wang, S.-F. Yan, “Sound speed resonance of the stochastic gravitational wave background”, Phys. Rev. Lett. 126 (2021) 071303 . [2] Y.-F. Cai, X. Tong, D.-G. Wang, S.-F. Yan, “Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance during Inflation”, Phys. Rev. Lett. 121, no.8, 081306 (2018). [3] B. Carr, F. Kuhnel, “Primordial Black Holes as Dark Matter: Recent Developments”, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355-394 (2020). [4] Z. Zhou, J. Jiang, Y.-F. Cai, M. Sasaki, S. Pi, “Primordial black holes and gravitational waves from resonant amplification during inflation”, Phys. Rev. D 102, no.10, 103527 (2020). [5] Ya. B. Zel’dovich, I. D. Novikov, Sov. Astron. 10 (1967), 602. [6] S. Hawking, “Gravitationally collapsed objects of very low mass”, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 152, 75 (1971). [7] Y.-F. Cai, C. Chen, X. Tong, D.-G. Wang, S.-F. Yan, “When Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance Meet a Stochastic Background of Gravitational Waves”, Phys. Rev. D 100, no.4, 043518 (2019). [8] C. Chen, Y.-F. Cai, “Primordial black holes from sound speed resonance in the inflaton-curvaton mixed scenario”, JCAP 10, 068 (2019). [9] C. Chen, X.-H. Ma, Y.-F. Cai, “Dirac-Born-Infeld realization of sound speed resonance mechanism for primordial black holes”, Phys. Rev. D 102, no.6, 063526 (2020). 墨子沙龙是以中国先贤“墨子”命名的大型公益性科普论坛，由中国科学技术大学上海研究院主办，中国科大新创校友基金会、中国科学技术大学教育基金会、浦东新区科学技术协会、中国科学技术协会及浦东新区 科技 和经济委员会等协办。 墨子是我国古代著名的思想家、科学家，其思想和成就是我国早期科学萌芽的体现，“墨子沙龙”的建立，旨在传承、发扬科学传统，建设崇尚科学的 社会 氛围，提升公民科学素养，倡导、弘扬科学精神。科普对象为热爱科学、有 探索 精神和好奇心的普通公众，我们希望能让具有中学同等学力及以上的公众了解、欣赏到当下全球最尖端的科学进展、科学思想。 关于“墨子沙龙”