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美刊评十大科学才子

日前，美国著名的《大众科学》杂志评出了第五届年度十大“科学才子”。为了评选出这十大“科学才子”，《大众科学》足足花费了半年时间，咨询了数百名受人尊敬的科学家、大学各系主任和科学杂志总编的意见，旨在选拔那些在本专业并不算太出名的年轻科学家。

　　《大众科学》写道，提到“才子”，并不是指某个人“聪明”，或者说并不仅仅意味着“聪明”。才子需要有洞察力、创造力和不屈不挠的毅力，需要有敢于回避现有的常识以形成自己独到见解的自信，也需要那种探索、突破现有知识边缘的“鲁莽”，不介意别人将他视为“怪物”甚至劝他“掉头回来吧，以免永远得不到学术界的认同”。

　　因此，评选对象主要是那些与众不同的、年轻有为的科学家，要求他们不仅正在改变我们已知的事物，而且还在改变我们知之甚少的事物的人。

　　在9月23日的“国际·科学”版中，我们已经介绍了前5位“科学才子”，他们分别是34岁的第五维研究者尼玛·阿卡尼·哈米德、35岁的太空气象学家杰里·格尔德斯坦、37岁的人体器官建造师梅勒迪·斯瓦兹、36岁的北极厄尔尼诺现象发现者大卫·汤普森和31岁的澳大利亚华裔数学家陶哲轩。下面介绍的是另外5位“科学才子”。
6. 凯莉·道甘，26岁，蚯蚓研究者

美刊评十大科学才子华裔数学家陶哲轩上榜(2)
蚯蚓研究者凯莉·道甘

　　通过研究蚯蚓钻地的“工程学”原理，探索神秘的地下世界

　　凯莉·道甘在试图诱使蚯蚓挖通一桶凝胶的时候说：“我一向喜欢蚯蚓。”道甘刚刚报考了美国缅因州大学的博士研究生，她正在为论文作准备、录制试验片段。

　　道甘的这项研究已经让她成为了地下世界科学方面的权威人物。研究蚯蚓的难度巨大，由于非常难以观察，目前还没有一个生物学家能够明确地描述它们如何运动。达尔文是首先对这个问题进行严肃调查的科学家之一。他并不认为当蚯蚓拱进土里时“土壤会自动地松开”，他认为，当蚯蚓“挤”进土里时，会吞下前方的泥土，“吃”出一条路来。达尔文提出的这个理论已经存在了120年之久，但是后来不少科学家也提出了质疑。

　　道甘也是质疑者之一，她认为蚯蚓一定使用了某种窍门来钻地，但是此类研究方向必然会涉及工程学。她最后发现了一种被称为“光测弹性应力”的方法，可以使用偏振光和滤镜来测量物体受到的压力。她还发现，海水与凝胶的混合物有着和海底沉淀物一样的物理特性，于是就将这种混合物沉淀在容器底部，然后把蚯蚓放上去，拍摄其钻地情况。

　　通过研究蚯蚓钻地时对它周围土壤造成的压力场，道甘发现，蚯蚓的嘴部在钻地过程中就相当于一个木楔子，不停地伸嘴撬开泥土，然后它的身躯就可以毫不费力地通过空隙。蚯蚓通过不停地进行这种机械杠杆运动来保持前进。按照工程学术语说，这叫做“裂纹扩展”。道甘的研究表明，对于蚯蚓来说，这种运动所耗费的能量比吃掉泥土打通道路耗费的要少多了。道甘的发现改变了科学家们对整个地下生态系统的理解。

　　7. 奥马尔·雅奇，41岁，氢纳米建筑师

美刊评十大科学才子华裔数学家陶哲轩上榜(2)
氢纳米建筑师奥马尔·雅奇

　　他目前正在研制的“微型支架”日后可能帮你在气罐里存放氢

　　奥马尔·雅奇在美国加利福尼亚州洛杉矶分校工作。他在走出化学实验室时向记者透露了一个秘密：“我害怕化学品。”对一个化学家来说，这似乎是不大可能出现的恐惧症，而且雅奇的论文还排在为该领域最有影响力的论文之列。不过，雅奇之所以选择化学这个科研领域是因为自己喜欢解开一道道难题，而不是因为喜欢爆炸物。

　　雅奇曾经用自己发明的一种物质(看上去就像婴儿奶粉一样)制成一个水壶，令人感到荒谬的是，这个小水壶能够比一间屋子容纳更多的天然气。雅奇的发明很适合用来制作存放氢气的容器，日后很可能就是“氢汽车”使用的第一个燃料箱。

　　如果将雅奇发明的这种物质放大10亿倍来观察，它看上去很像一套巨大的支架。材料学家此前也见过类似的框架，但是他们无法使用这种框架去“定制”特殊用途的材料。美国南佛罗里达州大学的教授迈克·扎沃罗特科说，按照化学家的规范来设计建造这些框架“是个梦想”，“雅奇就是将这个梦变成现实的那个人”。

　　雅奇使用微型的金属支架来构建这些框架，由于它们有着稳固的接合点，雅奇就能够造出几乎任何图案。例如，他建造的“蜂巢”就很结实，能够储存大量气体，当气体分子粘在蜂巢的横梁上时，他们会越聚越紧、被压缩起来——这个过程不需要任何人为的高压和低温条件。

　8. 萨拉·西格，35岁，遥远行星的搜寻者

美刊评十大科学才子华裔数学家陶哲轩上榜(3)
遥远行星的搜寻者萨拉·西格

　　她的电脑仿真模拟有助于天文学家找到在其他行星上生活的智能生物

　　过去10年来，天文学家已经发现了200颗环绕遥远恒星运行的行星，但是其中没有一颗看起来像第二个地球。萨拉·西格是个美国华盛顿卡内基研究所的天文学家，她认为这个情况将会改变。西格已经设计出了一套鉴定遥远行星的大气成分的方法，她试图证明像地球一样的行星遍布银河系。她的毕业论文是最早探讨太阳系外行星的著作之一。

　　西格对宇宙初期氢氦结合状况进行过彻底的物理性研究，最终制作了一个详细的电脑模拟系统，并因此成为业内的标杆。

　　由于关于遥远行星的组成成分的资料非常匮乏，西格通过想象从数千光年以外观察地球的样子，用计算机创建了几套太阳系外行星的早期模型，然后她对这些类地行星作出一千多种的改变，然后再重新计算模拟它的样子。她建立的天体库不仅仅能够揭示新发现的行星可能由何种物质构成，而且还能赋予天文学家探寻目标的新思路。

　　事实上，西格建立的计算机模型在发现一个遥远行星时派上了用场，帮助科学家发现了系外行星的第一个大气层组成。1999年，就在西格获得
哈佛大学博士学位后的一个月，天文学家发现了一颗行星，从地球上探测到，这颗行星在沿轨道绕恒星运行时，每次绕到恒星和地球之间的时候都会挡住微量的恒星光芒。西格将手头上的数据输入她的计算机模型，计算并大胆预测称这颗木星大小的巨行星在其大气层中含有纳和钾。两年后，天文学家在进一步搜集数据后果然在其大气层构成方面发现了这些化学元素的“签名”。

　　到现在为止，西格已经使用自己的这套技术为12颗行星的大气层成分制表。

　　9. 埃里希·贾维斯，41岁，鸟语翻译家

美刊评十大科学才子华裔数学家陶哲轩上榜(3)
鸟语翻译家埃里希·贾维斯

　　他对鸣鸟的研究有助于我们进一步了解人类语言

　　如果你认为置身于一群鸟儿的优美鸣声当中非常美妙，那你可要三思而行。步入埃里希·贾维斯位于美国杜克大学的斑胸草雀饲养区，这里鸟儿的鸣声听起来就像200辆汽车同时按下喇叭那么刺耳。而整个房间里唯一动人的声音就来自贾维斯，这位杜克大学神经生物学家唱起“忠于原著”的雄性斑胸草雀的求爱歌曲，实在非常悦耳动听。

　　贾维斯学这首歌的过程是和那些雄性斑胸草雀一样的：先倾听其他的斑胸草雀唱，然后模仿其音调。人类和雀类都是“声音模仿者”，在动物王国中，这种能力非常罕见，只有人类、鸣鸟、蜂雀、鹦鹉、蝙蝠、海豚、鲸和大象才知道如何模仿别人的声音。贾维斯极富创造力的研究发现，这种模仿能力植根于人类和上述动物最基本的大脑组织中，他的研究结果也许还能证明“语言”是所有脊椎动物大脑与生俱来的能力。

　　最初时，贾维斯在鸣鸟唱完一曲后立即将其大脑冷冻、切片和染色，研究它如何学习新歌。这一过程证实，鸟类使用两个独特的神经系统通道来学习唱歌，一个位于大脑前部，一个位于大脑后部。然后他发现，从神经学角度看，人类(以及鹦鹉和蜂雀)也是通过同样的过程来学习讲话或歌唱的。

　　但是，如果人类的每一群体的说话能力都是独立进化的，那么我们的大脑为什么会有相同的神经排列呢？贾维斯认为，答案在于进化——早在3亿年前人类的共同祖先存在时，人类的大脑就有了在语言方面不可改变的“电路”。如果他的观点是正确的，那么意味着人类语言都是源于大脑古老的网络，而这个网络可能与雀类的大脑语言网络一样。

　　一旦神经学家对这一基因蓝图加深理解，他们从理论上就能通过改变基因蓝图来修复大脑损伤或者促进人类学习新语言的能力。目前贾维斯正在扩大研究范围。他希望进一步研究哺乳动物，特别是人类。“我认为自己是在与人打交道，但也不仅仅同人类。”他说，毕竟，可以从鸟类身上得到的信息太多了。

　　10. 刘易斯·万安，27岁，矩阵建造者

美刊评十大科学才子华裔数学家陶哲轩上榜(3)
矩阵建造者刘易斯·万安

　　如果碰到连电脑都难以解决的事情，他会集合人类的技巧来解决

　　现在大多数人工智能研究者都致力于解决让电脑像人类一样思考的难题。卡内基·梅隆大学的教授刘易斯·万安却瞄准了另外一种难题。他集合了数万人的论证技巧，去做那些似乎并不重要，但电脑又难以解决的工作。他的工作方法是让工作看起来像个游戏。万安用这项理论完成了电脑科学最难完成的任务之一：给互联网上的每一幅照片打上标签。电脑无法完美地区分视觉信息。万安开发的ESP游戏随机地将志愿者与尚未分类的照片配对，让他们参加照片标注活动。如果这项计划最后成功了，那么下次你到互联网上搜索图片时，通过关键词就能找到最匹配的那张了。

　　在求学期间，刘易斯就和伯克利大学的教授就已一起研究出了一套系统，名叫CAPTCHA。简单地说，CAPTCHA就是一些自动生成的测试，这些测试人类可以识别，而计算机的现有水平无法识别。比如我们现在常看到的认证码，随机生成的字符形状被弄得歪七扭八，尽管对人类来说，这些字依然可以识别，但对于现有的计算机技术来说，很多是很难识别的。

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