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林边空地

暴风城东,林边空地,霍格出没
July 10

无线输电:两百年的梦想

“这里全都是太阳能电池板。联邦的能源大都是从这里供应,用微波传送到各州。”——《机器猫大长篇·云之国》

无线·能量

你坐在候机室里,笔记本电脑没有电了,公共插座都被别人占用,心情郁闷却没有办法。这时也许你会想:无线上网已经是再普通不过的事,为什么没有无线充电呢?一说到电力,就是大大小小的电线,从三峡-上海500千伏直流高压线,到办公桌下面乱麻一般的那些电源线。非但科幻小说里常见的微波输电线路一点也没有实用化的意思,连手机和笔记本电脑这样的小东西也还是要拖着长长的电线和沉重的变压器,实在是太不方便了。

不止是你一个人在这么想。用无线方式输送电力,这种想法已经有近两百年历史,可以说它是与电磁学一起诞生的。19世纪上半叶,电磁铁问世不久、电磁感应现象刚刚被发现,英国的一位牧师和自然哲学家尼古拉斯·卡兰(Nicholas Joseph Callan)就设计了一个简单的无线输电装置:通过改变一个线圈的电流,使旁边另一个线圈的两端间产生火花。麦克斯韦用他那组优美的方程建立了完整的电磁理论体系,促成了无线通信的诞生,也使人们对无线输电兴趣浓厚。1904年的美国圣路易世界博览会有一项悬赏,要求通过无线输电成功地驱动100英尺(约30米)外的一个功率约75瓦的马达。电学的先驱、交流电之父特斯拉(Nikola Tesla)试图利用地球本身和大气电离层为导体来实现无线输电,为此在纽约建造了一个29米高的发射塔,但由于资金耗尽,他雄心勃勃的计划并未能实现。此后人们尝试过微波、激光等许多方法,但都未能付诸实用。近两百年间,电灯、电话、广播、电视和互联网给世界带来了一次又一次翻天覆地的变化,无线输电技术却似乎总在原地打转,无数人的奇思妙想和勇敢尝试并没有带来实质突破。

2007年6月,美国麻省理工学院的物理学家马林·索尔加斯克(Marin Soljačić)领导的一个小组宣布,他们成功地利用无线输电技术,点亮了一个离电源约2米远的60瓦电灯泡。与理想目标相比,2米实在是微不足道,但在近两百年的努力中,这已经是令人惊喜的成绩。也许,在可预见的未来,近地轨道上通过微波给地球供电的太阳能电站仍将停留在构想和初期实验中,但在家庭、图书馆、机场和咖啡馆里给笔记本电脑和手机自动无线充电会成为现实。

损耗·发散

电磁理论体系建立后不久,马可尼的发明就使地球在无线频段上史无前例地热闹起来,无线通信在随后的人类生活(包括两次世界大战)中扮演着极其重要的角色。为什么用无线方式传输能量的技术没有跟上?其中的致命问题在于能量损耗。

电磁波以光速传播出去,弥漫在广大的空间中,这意味着能量的分散。随着距离的增加,电磁波强度会急剧衰减。阳光也是一种电磁波,太阳每秒释放的能量足以毁灭很多个地球,不过地球离太阳有1.5亿公里,只接收到太阳能量中微不足道但恰到好处的一部分,刚好能维持一个温和的环境供生命栖居。火星离太阳比地球再远一点,表面平均温度就低到零下几十摄氏度。至于太阳系外围的行星和矮行星,更是零下一两百摄氏度的冰雪世界,有的不比绝对零度高多少。许多遥远恒星比太阳更大更亮,但由于距离太远,它们释放的能量对地球几乎没有影响。这些事实意味着,用普通电磁辐射的方式来传输能量,是毫无效率可言的,绝大部分能量都会被浪费掉。

无线通信对此不太在意,相反地,要保证信号能覆盖到尽量大的范围,电磁波的这种发散是必不可少的。收音机、电视机或手机需要的是电磁波运载的信息,不是能量本身,只要信号不至于弱到无法还原,就不要紧。信号的衰减当然仍是个问题,但我们可以用中继的方式来补足:中继站接收到信号,放大后重新发射出去,就像接力一样,使信息能够持续传递到很远的地方。

对无线输电来说,能量传递的效率是最重要的。因此,方向性强、能量集中的激光具有类似性质的微波束是值得考虑的选择。基于激光或微波进行电力传输,这种设想在二、三十年前就出现了,它们在许多科幻作品中成为未来世界的标准配置,美国、日本等一些国家还进行了相关实验。美国宇航局和能源部在20世纪70年代就考虑建设一个功率1000万千瓦的宇宙太阳能发电站,通过微波向地球输电,不过由于太不经济,计划并未实施。目前美国宇航局正尝试从地球通过激光束给飞行器供电,初步取得了一些成果,不过离实用也非常遥远。日本在微波输电方面取得了不少成绩,打算在此基础上试建宇宙电站,但这类工程造价目前仍过于高昂,其中原因之一还是发散问题——微波束和激光会随距离发散,为了使波束更紧密,需要非常巨大的天线。此外,为了保证传输效率,发射端和接收端中间不能有障碍物,这是微波和激光输电付诸实用的另一障碍。

感应·共振

说起来,极小距离的无线输电已经有应用,比如感应式充电的电动牙刷。一家英国公司还推出一种感应充电器,手机、数码相机等无须接线,直接放在上面就可以充电。但如果距离不能拉远,终究是非常局限的。麻省理工学院研究小组在约2米的距离上实现40%效率的无线输电,使我们至少看到了在家庭里省去一些电线的希望。他们所用方法的核心在于“共振”。

物体在特定频率下会比较容易振动,在其他频率下则不然,这些特定频率称为固有频率或共振频率。有着相同共振频率的物体,彼此交换能量的效率比较高。玩过乐器的人都对共振有直观认识。中学物理老师会给学生做这样的共振实验:两个相同的音叉,敲其中一个,另一个也会抖动发声。将共振原理应用于电力传输并不是索尔加斯克等人的首创,特斯拉当年的无线输电构想,就是在地球和电离层之间建立约8赫兹的低频共振,利用环绕地球表面的电磁波传输能量。在地球和电离层构成的天地谐振腔里,电磁波能量损耗很少。(特斯拉的实验中止后,并没有人继承这项研究,其中一个原因也许是在这种方式下电力公司没办法向用户收钱吧。)

索尔加斯克的研究小组利用两个铜线圈为共振器,发射端以10兆赫的频率振动,产生的不是弥漫于各处的普通电磁波,而是一种“非辐射”的电磁场,它在两个线圈间形成一种无形的“能量通道”。只有以10兆赫频率共振的接收端才能接收到能量,未被接收的能量被发射器重新吸收。根据设计,这种非辐射电磁场的范围比较有限,不适用于长距离,但在离电源几米范围内的效果还可以。

频率10兆赫的电磁场不会对人体造成什么影响,因此这项技术用在家庭里不会有什么健康风险。索尔加斯克等人正在改进装置,以进一步提高能量输送效率、加大输送距离。也许在不久的将来,手机和笔记本电脑之类的“移动设备”将能摆脱电源线,彻底地“移动”起来。

神奇药片

一种“神奇药片”据称可能治疗1800多种遗传疾病,有望在3年内上市。它到底是什么?

囊性纤维变性和杜氏肌营养不良,很多人对这两种病恐怕连名字也没有听说过。它们都是罕见疾病,症状没有什么关联,但它们在2007年4月的一则新闻里被紧密联系在一起:一种名为PTC124的新药对这两种疾病都有疗效,原因是它能处理这两种疾病的共同病因——特定类型的基因变异。

更引人注目的是,该药有可能医治由类似变异导致的其它1800多种遗传病,因而被一些媒体称为“神奇药片”。很少有药物当得起这种称号,如果不是因为相关论文发表在《自然》这样权威的学术杂志上,恐怕有不少人要怀疑这是胡吹。

蛋白质的错误

要解释这件事,要从生物体最基本的运作原理讲起。如果把机体比拟成一座工厂,那么从事具体工作的一线工人就是蛋白质。种类繁多的蛋白质承担着提供能量、运输营养物质、抵御病菌侵袭等重任。追溯到分子水平上,我们身体的动作都是靠蛋白质的支持完成的。

如果某一蛋白质出现异常,它所负责的那一部分生理功能就会出现问题,引起疾病,囊性纤维性病变就是如此。在正常情况下,“囊性纤维变性膜透性调节蛋白”(CFTR)能运输氯离子穿过细胞膜,调节细胞的电解质和液体平衡。基因变异使患者体内CFTR蛋白异常,导致粘液堵塞肺部和胰腺,引起发炎和慢性感染。囊性纤维变性是一种致命的遗传疾病,患者平均期望寿命仅为37岁。目前的治疗仅能针对症状治标,不能治本。

杜氏肌营养不良也是由蛋白质异常引起的,由于基因变异,机体无法合成正常的“抗肌营养不良蛋白”,患者肌肉萎缩无力,行动困难,有的还出现智力及语言能力障碍,一般到20岁左右就会因心肌功能和呼吸能力丧失而死亡。目前对这种疾病尚无有效疗法,一些科学家在尝试用干细胞或RNA疗法来促进“抗肌营养不良蛋白”的合成。

过早的休止符

蛋白质是许多氨基酸分子串成的长链,折叠缠绕成特殊的立体结构。要形成一种蛋白质,用什么氨基酸分子、按什么顺序排列、形成多长的链,都要非常准确。一个氨基酸的错误,就有可能使蛋白质失去功能,成为致命错误。

蛋白质的设计“蓝图”存储在DNA(脱氧核糖核酸)里。DNA中编码特定蛋白质的基因序列转录成相应的RNA(核糖核酸),以RNA为“模具”,在核糖体的“车间”里生产蛋白质。RNA的尾部有一个“终止密码子”,它的身份是“句号”,表示蛋白质拼装到此完成。

句号当然要出现在合适的地方,不然语句就会变得很奇怪,或者全无意义,对RNA来说也是如此。有时基因变异使终止密码子出现在RNA链中央而不是尾部,导致蛋白质拼装尚未完成就中止,产生的蛋白质残缺不全,当然无法发挥正常功能。

这种把“句号”放错位置的基因变异称为“无义突变”(如果变异导致蛋白质拼装时选取错误的氨基酸分子,就称为“错义突变”,就像用错词语使句子意思满拧)。在囊性纤维变性里,大约有10%的病例由无义突变引起(不同族群中比例不同);杜氏肌营养不良由无义突变导致的比例约为15%。“神奇药片”PTC124就是针对无义突变起作用的。

恰当的忽视

一条“句号”放错位置的RNA链,如果没有别的问题,那么,能够不读取这个句号的话,仍然可以生成正确的蛋白质。此前研究曾经发现,抗生素庆大霉素能够使细胞忽视无义突变,但庆大霉素毒副作用太强,会导致耳聋并损害肾功能,不宜大量使用。

为了寻找替代物,美国宾夕法尼亚大学的李·斯维尼(Lee Sweeney)及其同事对80万种分子进行筛选,开发出了PTC124。这是一种小分子化合物,它能够使核糖体在对RNA进行预读时跳过不正确的终止密码子,用完整序列信息拼装蛋白质。实验室组织培养和动物试验都表明,这种药物能帮助产生完整长度的蛋白质。

斯维尼等人2007年4月在《自然》杂志上发表论文说,患有杜氏肌营养不良症的实验鼠经过PTC124治疗后,体内的“抗肌营养不良蛋白”增加,肌肉力量恢复。在此之前,研究者已经分别于2006年10月和11月报告了用该药治疗杜氏肌营养不良和囊性纤维变性的二期临床试验初步结果。在前一项试验中,部分患者的肢体活动能力增强。后一项试验以42名美国和以色列患者为对象,部分患者的相关生理指标在治疗后有明显改善。

PTC124是一种口服药,由于它分子小,容易被吸收,比起其它基因疗法中使用的DNA、RNA和蛋白质等大分子更有优势。初步试验表明,它没有明显的毒副作用,患者对它的耐受性很好。

这种药不能使所有的囊性纤维变性或杜氏肌营养不良患者受益,只对因无义突变而患病的人有效。不过,在众多罕见遗传疾病中,许多疾病都有一部分患者的病因是无义突变,包括脊髓性肌肉萎缩症、血友病、溶酶体贮积病、视网膜色素变性、家族性高胆固醇血症和某些癌症,PTC124的应用潜力还是很大的——这就是“能治疗1800多种疾病”的说法的来由了。

孤儿药

PTC124目前属于美国新泽西州的PTC医药公司,作为治疗囊性纤维变性和杜氏肌营养不良的药物,它已经进入了美国食品和药物管理局(FDA)的快速审批流程。快速审批是FDA针对需求迫切、缺乏替代产品的新药所设的“绿色通道”,目的是缩短审批时间、加快药物上市。

此外,该药在美国和欧洲都获得了“孤儿药”资格,即罕见疾病药物资格。罕见疾病的患者数量少,市场相对较小,开发相关药物很难获利,连收回成本都成问题。为了鼓励医药企业开发治疗罕见疾病的药物,许多国家为这些药物设立“孤儿药”资格,对开发商给予优惠政策。

目前PTC124还有待大规模临床试验进一步检验其疗效,还需要观察它对机体的长期副作用。由于患者必须终生服用此药以控制病情,后一点显得特别重要。研究人员预期,该药最早可能于2009年上市。如果顺利上市,将为用该药治疗无义突变遗传疾病开个好头,这个“孤儿药”将来可能成为毫不孤独的大热门。毕竟,虽然每种罕见疾病的患者都不多,其中因无义突变而患病的更少,但1800多种疾病中病因相似的患者加起来,可是个庞大的数字。

April 30

脑中的营销战

凯恩夫人:查尔斯,人们会想——
凯恩:我让他们想的东西。
——《公民凯恩》
 
科学家试图用脑扫描手段探查人们对商品的真实想法,这种先进技术真的有助于市场营销吗?
 
货架上有两种商品,除了品牌不同,其它方面都差不多。最终你决定选择其中一种,因为你“觉得”这一种质量更好、性价比更高或者更适合你。但是,在你所未曾察觉的深层意识里,购买决定真的是基于质量和性价比这样的理性因素吗?你所看过的那些或高明或愚蠢的广告,到底对你在商店里掏钱意愿有什么影响?营销人员和广告商拼命想要知道这些问题的答案,有的科学家也来掺一脚,并且认为他们的方法比调查问卷更好。
 
深层的偏好
人类对大脑的了解还远不够深入,但已经有了一些大致的印象。大脑不同区域有着分工,某种程度上其运作是模块化的,例如一个称为海马的区域似乎主管记忆,杏仁核关系到恐惧等情绪,还有一些区域负责愉快的感觉。
 
在营销学上有一个著名的案例:在不知道所喝饮料的品牌时,多数人认为百事可乐的味道更好,但实际生活中购买可口可乐的人更多,这一现象被当作营销手段和品牌效应的代表。在大脑深处那些负责不同事务的区域里,“品牌”差异所导致的到底是什么效果?
 
2004年10月,美国 Baylor医学院的神经成像学专家Mead Montague在《神经元》杂志上报告了一项实验。他邀请67名志愿者接受试验,让他们品尝没有标签的可乐饮料,同时用功能磁共振成像(fMRI)设备观察他们的脑部活动。结果显示,在喝到饮料时,受试者脑部纹状体区域与奖励、满足等感觉有关的一个区域比较活跃,百事可乐和可口可乐刺激这一区域的效果差不多。也就是说,在仅仅涉及口味时,两种饮料并没有明显差异。
 
但当人们被告知饮料的品牌时,情况就不一样了。有3/4的人表示他们认为可口可乐的味道更好。脑扫描显示,这种时候,两种饮料对纹状体满足感区域的刺激仍然差不多,此外脑部内侧前额叶皮层区域的活动增强,这一区域被认为与复杂思考和自我形象等较高级的认知过程有关。显然,可口可乐给人的印象压倒了基本的味觉判断。Montague等人得出结论说,可口可乐长期的广告成功地营造了一种文化信息,影响到脑部那些关系到个人偏好的区域。
 
内心的愿望

经济学家往往认为人是理性动物、必然会选择当时情形下于自己最有利的方案,但越来越多研究发现并非如此。感情、记忆等许多东西都影响到人的偏好,不仅是个成本利益问题,而且这种偏好许多是无意识的。
 
到底是什么在推动购物决策?什么样的营销手段才能像可口可乐那样影响大脑活动,使人们在表层意识里认为这种产品更好,从而压倒产品本身的差异?一些研究显示,你必须让产品勾起人们内心深处最原始的一些愿望。德国乌尔姆大学的神经学家Henrik Walter曾经做过一个实验,让12名年轻男子观看各种汽车的图片。磁共振扫描结果显示,在看到运动车时,受试者脑部的伏隔核区域特别活跃。
 
伏隔核与自我奖赏有关,由信号分子多巴胺启动,释放与快乐和欲望有关的内啡肽。在通常情况下,这个小小区域在收到与生存有关的重要信息时才会活跃起来,比如食物信息或性刺激。就算是最疯狂的车迷,也决不肯承认一辆漂亮的跑车关乎生存大计。为什么男人看到跑车,脑子里就会有这种反应?那是因为他们非常想要这个车子,广告商成功地让男人们觉得,跑车是他们非常想要的东西。
 
Walter的这项研究部分受到戴姆勒-克莱斯勒的支持,一些厂商正试图通过此类研究来为设计和行销提供新线索——试图勾起顾客的深层愿望。2006年底公布的另一项研究给了这种做法以新的支持:德国慕尼黑大学等机构进行的一项研究显示,著名品牌会刺激脑部某些与正面情感、自我认知和奖励有关的区域,不知名的产品则使脑部与记忆和负面情感有关的区域更活跃,这与产品类别无关。
 
人类心底真正的想法,不仅别人难以知道,自己也未必清楚。无论设计得多么严密的调查问卷,也不能完全反应受试者的想法——就算是填问卷的人真心要给予诚实回答也是如此。他在问卷上给出的产品评价,与后来真正的购物决定可能大相径庭。脑扫描也许更能反映人的真实想法,帮助企业设计更好的广告、产品或企业形象。
 
“神经营销”?

但事情会有这么简单吗?许多人表示怀疑。脑扫描在纯科学上是很有意思的,科学家正用这种手段研究脑部疾病,详细探究脑部不同区域的分工,帮助了解人的心理和行为。但脑子毕竟不是由零件组装的机器,它是一个极为复杂的系统。在脑子里找到一个“购买按钮”、刺激到它就能成功地使产品大卖,这种想法任谁看来都会觉得过于天真。
 
“神经营销”的词已经诞生了有一段时间,但迄今有关的研究并不多。一方面是大脑科学本身还处于摸索阶段、很难让人相信这类研究能够对营销产生立竿见影的指导作用;另一方面,功能磁共振成像本身是非常昂贵的,只有少数大公司才花得起这个钱。迄今有关的研究都只是初步的,而且大脑活动的图像可不是股价走势曲线,如何准确地解读也是一个问题。
 
在脑研究中,对阿尔茨海默氏症等脑病的研究算是相对“透彻”的了,但还有很多说不出所以然的地方。尝试或评价一件产品需要脑部很多区域协同运作,可能其中某些区域表现比较明显,但其他区域的作用也不能忽视,最终它们怎样共同导致一个购物决策,是极为复杂的事情。此外,躺在古怪的仪器里,头上放着一堆电极,也不是能让人轻松愉快地考虑汽水口味的时候。
 
在这种情形下,“神经营销”只是受到许多议论,没有受到多少追捧,一些为此筹集风险投资的努力也并不成功。不管是揭示顾客的隐藏愿望还是改变公司的营销行为,它首先必须证明自己真有这个效用,而这在眼下看起来不太切实。此外有人认为,帮助公司了解顾客的深层愿望以便操纵他们的想法和购买行为,这是不道德的。当然也有支持者辩解说,这类研究可以让消费者明白他们是多么容易受广告信息的影响,从而提高警惕性。——说真的,谁知道呢。
March 30

山口山零碎

小术士在玩战士小号,最近迷上了双持匕首伪装盗贼。我希望他进化成鱼雷所说的那个站在奥城银行门口老被人要求开箱子、最后不好意思做了几把奥金钥匙给人开箱子的战士。

小术士的战士玩的是采药炼金,没事把红瓶当水喝,志向是打架时气死牧师。

周末的晚上只有小术士在QQ上,说芝麻和二少去FB了,小牧师跟牧师MM去FB了,小哈被人压榨劳力,他被抛弃了。我好一会儿才明白过来FB是腐败不是副本。

最近觉得血精灵的鸟类座骑无比可笑,尤其是男性血精灵骑着它更可笑,于是很庆幸自己练的是骑士。但是我的6个奥金锭还没有攒齐……

前些时候美服组队时有头牛说他不喜欢科多兽,发下宏誓大愿要攒钱买兽人骑的狼。可怜的狼。

因为小哈直到如今还记仇我当年在神庙剥皮的事,我和芝麻制造了如下装备:
[小哈的脸]
盾牌
10000护甲
100格挡
+50耐力
-100智力
装备:被击中时有可能发出“记仇的怨恨尖叫”,使最多3个敌人恐惧5秒。
“扒皮大师向MM和炼金大师芝麻的共同杰作。”

 鱼雷说我的牧师神秘遗失月布一组.......

March 24

反沉迷

美剧和山口山都是邪恶的,需要打杀!
 
前一阵子在昏天黑地看《罗马》。之前看了许多恭维话,以为这是BBC风的严肃历史片,端正态度来看,结果发现不是“小人物见证历史”,而是“小人物创造历史”的超级八卦。那里面的罗马,也完全不是我想象的罗马,不过雍雍说罗马本来就是蛮族(蛮锤部族?)。
 
然后重新读莎剧和罗马史来找感觉。不知道有没有人YY恺撒和布鲁图斯,那句"Et tu Brute?"多么……唔,我太邪恶了
 
然后是作业没写完情况下的山口山……二十级就裁缝附魔双225的小牧师,看起来很不吉利呢。而41点惩戒的小强也能单独治疗地狱火要塞(除了熊坦危急时自己照顾自己),只能说队友太BH了。队伍的人员构成也是很重要的,我治得了要塞,却治不了双战双猎的黑下 - -
 
至于那么安静那么干净小猫都没有一只的黑石塔,还真是凄凉……资料片后三大算是废了
February 27

好冷好冷

"spiritual civilization"....
 
另外,今天纽约股市全线飘红
 
(不要像某人一样狐疑地看着我,真的是全线飘红也) 
 

长夏(1)

The Long Summer -- How Climate Changed  Civilization by Brian Fagan
1, The Threshold of Vulnerability

大船比小船更能承受普通的风浪,但在巨浪中,大船更容易被打碎。生存有时候是一个尺度问题。在乌尔(现在的巴格达与波斯湾之间)最早的文明出现时(6000BC),当地的降雨充足,依靠简单的灌溉进行农作,小村庄很快发展成小城镇。约3800BC,印度洋的季风南移,冬季降雨减少,洪水延迟到来。灌溉变为以河水为主,沟渠越来越重要。城市更能维持有效的灌溉系统和粮食储备以应对灾年,当地因而逐渐城市化,2800BC时有超过80%的苏美尔人居住在城市里。但是,在严重的长期灾害面前,大城市因为缺乏机动性而更加脆弱。2200BC时,一次巨大的火山爆发喷出大量烟尘,遮蔽天日,带来异常的寒冷;祸不单行的是,一场长达278年的干旱也在这时开始,影响到地中海东部大片区域(这在格陵兰和安第斯山的冰芯里清晰可见)。冬季降雨锐减,幼发拉底河的洪水不再发生,曾经肥沃的Habur平原几乎变成沙漠。Amorite人沿河南迁,军队和高墙都未能抵御他们,几代人的时间里,乌尔的人口增加了三倍。水源和粮食紧张,食物甚至要按勺配给。最终,乌尔的农业经济崩溃,这是人类史上第一次有一整个城市因为环境灾难而解体。与小城镇和村庄相比,乌尔就是那条大船。

1718年,法国人在密西西比河上建立了新奥尔良,不愿意像土著那样不停地换地方住,而打算约束这条大河。但马克吐温说过,多少个委员会也做不到。河堤不断加长、加高,也不断溃决,防御工事堪与长城媲美。现在河水似乎在控制之下,人们甚至能够分配水量,阻止入海口的变更。但如果发生千年或万年一遇的洪水……

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