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2021年07期
卷首语 |
魔术中的缤纷科学
当今世界，“新”字当头。一项技术发明很可能会彻底改变我们的生活习惯和行为方式。从泥瓦砖木，到铜铁铝钢，再到碳纤维、石墨烯，伴随着文明和科技的进步，各种新技术、新业态纷至沓来，在时代这座舞台上演绎着千变万化的“魔术”大戏。 人类从未停止过对未知世界的探索。从中国《西游记》里的“千里眼”“顺风耳”和“千里传音”等特异功能，到今天的实时对讲或是远程监控。从俄罗斯民间故事里的“隐身帽”“飞毯”和“千里靴
特别策划 |
魔术中的科学之“手”
人们日常观看的魔术表演，很多都是以科学技术为依托的。为了增强魔术的神秘色彩，人们常常会运用到局部燃烧、分解、化合等手段。比如在舞台上燃起五颜六色的火焰、使白花突然变成红色、使红色的水变得清澈，或者是在镁光粉燃烧的强烈闪光瞬间，魔术表演者腾身隐遁等，这些都运用了物理或者化学原理。 在魔术舞台布景和舞台效果方面，物理知识发挥了非常重要的作用。比如，魔术师在舞台上塑造的人或者大体积物体，忽然消失又
特别策划 |
让水消失的“魔术师”
惊奇！能吸比自身重千倍的水 魔术中杯子里的水到底去哪了呢？原来杯子里隐藏着一种粉末，叫作高吸水性树脂（SAPs），这是一种新型功能高分子材料，能吸收比自身重百倍甚至上千倍的水，当它吸水膨胀后与水发生凝固，成为一种水凝胶，锁水能力超强，因此水无法流出，即使是用力挤压也不会漏水。 纸巾、毛巾和海绵等都是日常生活中用来吸水的材料，它们最多能吸自身重量20 倍左右的水，而且保水性不强，用力挤压就可把水
特别策划 |
纳米世界中的“穿墙术”
“江湖高手”的穿墙神功 动画片《崂山道士》中的主角王生，夸耀自己学会了穿墙术，结果几经尝试，最终被撞得头破血流。这个故事被我们当作笑话来看。但是，在微观世界里，借助于量子隧穿效应，“穿墙而过”就能够实现了。 那么，什么是量子隧穿效应呢？举个例子，你的面前有一堵墙，当你想要去看看墙另外一边的风景，通常怎么办呢？翻过去！那么你翻过去所需要具备的能量，必须要大于墙最高点处的重力势能，这样才能保证你不
特别策划 |
披着魔术“外衣”的拓扑结构
用拓扑原理变魔术 1954年，美国魔术师比尔（BillBowman）首次向公众表演了回形针自连的魔术。由于这个系列的魔术里面蕴藏了太多奇妙的拓扑学原理，很多科学家开始介入研究。如果说“拓扑”的概念太抽象，那么我们把它用科学手段“无限放大”，看看魔术中隐藏的拓扑秘密。 首先，我们为这个魔术的原始版本创建模型，将两颗回形针分别别在S 形纸带上，迅速拉伸前，回形针是有预应力的。（预应力是为改善结
特别策划 |
随心变色的“魔术染料”
在魔术表演中，魔术师左右手各执一张黑色梅花的扑克牌，两张牌轻轻一碰，魔术师吹一口“仙气”，原本的梅花图案瞬间变成了红桃图案。 魔术中扑克牌的颜色变化多端，只是幻影或手法技巧不同。现实中，能随心变色的生物只有变色龙。但是，随着“魔术染料”的出现，手机壳、鞋子、车都可以变换颜色和图案。接下来，就让我们一起认识一下这奇妙的“魔术染料”。 科学界的光影魔术高手 美国麻省理工学院计算机科学与人工智
特别策划 |
断头重生？“魔术高手”海蛞蝓能做到
生活在海里的“兔子” 在讲述海蛞蝓魔幻般的技能之前，让我们先来认识一下这种可爱的小生物。 海蛞蝓是一种斑斓多彩、形态多样，生活在浅海的贝类。因为海蛞蝓头上的触角长得像兔子耳朵，所以也被称为“海兔”。 海蛞蝓其实还有别的名字，比如“海牛”和“海麒麟”。但不要被这些名字迷惑，海蛞蝓和海贝、海螺等是近亲，是软体动物中一个特殊成员。它们的壳已经退化，少数种类只留下薄而透明的一层角质壳。海蛞蝓的家
特别策划 |
空中小精灵的“魔术之旅”
自带降噪羽毛的猫头鹰 鸮形目鸟类，俗称“猫头鹰”，是典型的夜间活动的鸟类，也是人们所熟知的“捕鼠小能手”。 作为夜行性鸟类，它们的视力和听力绝佳。城市中的鸮形目鸟类，例如长耳鸮，往往在入夜以后，站在高高的大树上，两只眼睛睁得又大又圆，周围一点风吹草动都逃不过它的双眼。若是发现猎物，它便悄无声息地飞抵上空，迅速将猎物抓住。 无声飞行，是猫头鹰作为暗夜精灵的绝技之一。而这主要归功于它那一身蓬
特别策划 |
隐身斗篷里的“超构乾坤”
我们是如何看到物体的？ 要想知道隐身斗篷是如何隐身的，就要先了解人们是如何看到物体的。 光是在空间中传播的一种电磁波。不同颜色的光对应不同波长的电磁波，人眼能够看到的电磁波称为可见光，也就是波长范围很窄的一段电磁波。电磁波还包括其他波长不同的不可见光线，包括微波、红外线、紫外线、X 射线和伽马射线。 我们看到物体主要是因为光在物体的表面上发生反射，人眼看到了反射光线，从而意识到这里有一个
特别策划 |
视错觉让魔术更精彩
迷惑视觉的镜子魔术 魔术道具中时常会用到镜子，镜子有多种分类， 比如平面镜、曲面镜、多面镜等， 平时大家使用的多是平面镜， 它主要遵循光的反射定律， 镜中的像是由光反射光线的延长线的交点形成的，所以平面镜中的像是虚像。虚像与物体是等大， 且距离相等。由于像和物体的大小相等， 所以像和物体对镜面来说是对称的， 左右相反的。 根据平面镜成像的特点，像和物的大小总是相等的，无论物体与平面镜的距离
特别策划 |
揭秘魔术之化学道具
神奇的茶水还原术 魔术师泡了一杯清茶，滤出茶叶，随即喝下几口，这是一杯香浓的茶。魔术师要给这杯茶施加魔法，只见他用勺子在里面搅拌了几下，茶水便瞬间变成了墨水一样的蓝黑色;魔术师又用勺子搅拌了几下，杯中的蓝黑色又神奇地消失了，茶水恢复了原来的清新茶色。这是怎么回事呢？ 魔术揭秘： 这里涉及化学中常见的氧化还原反应。魔术师在勺子的下端涂上了绿矾（ 七水硫酸亚铁FeSO4·7H2O），因茶水中
特别策划 |
酸碱指示剂“无字天书”的审判员
植物中的酸碱秘密 300多年前，英国年轻的科学家罗伯特·波义耳在化学实验中偶然发现，当少许酸沫飞溅到紫罗兰上时，花的颜色变红了，他认为可能是酸使其变色。为进一步验证这一现象，他取了当时已知的几种酸的稀溶液，把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中，结果与猜测的结论完全相同。后来，他还采集了很多植物根茎制成了多种颜色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色。他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸能使它变
探索发现 |
豌豆：遗传学的幸运材料
豌豆从何而来 豌豆是最早被人类驯化和栽培的作物之一，人类栽培豌豆的时间长达7000 年，中国栽培豌豆的时间可以追溯到春秋时期。这些小豆子的“老家”在亚洲西部和地中海区域，在欧洲和近东的新石器时代的遗址中也曾出土过豌豆。 因为豌豆籽粒富含碳水化合物，一直都是人类的重要食物。再加上一年两次的播种，让豌豆成为优秀的农作物。在长期的培育过程中，人类还培育出了很多不同类型的豌豆，比如荷兰豆。 豌豆
探索发现 |
蓝天上的交通管理空中管制（上）
当你满心欢喜搭乘飞机前往旅行目的地，飞机却因突发状况备降沿途机场，这可能和空中管制有关。有时候机场就在下方，飞机舷窗外明明晴空一片，但飞机就是不能着陆，这也可能和空中管制有关。每天，空中会有很多飞机来往，机场起降的航班更是异常繁忙。为了确保飞机的安全，需要专门的职能部门对飞机进行指挥调度，这就是空中管制。 由空难引发的变革 半个多世纪前，民航业刚刚起步，商业飞行需求量小，航班通常可以在两地
探索发现 |
欢迎来到中国的“太空之家”天和核心舱
中国建造的第一座空间站——天宫空间站是多舱式空间站。它以天和核心舱、问天实验舱-1 和梦天实验舱-2 为基本构型。如果神舟飞船是一辆轿车，天宫一号和天宫二号就相当于一室一厅的房子，而空间站则是三室两厅还带储藏间，算是“豪宅”了。 太空中的新家 天和核心舱是目前中国研制的最大航天器，也是天宫空间站的关键舱段。它就好比是大树的树干，其余的舱段都会安装在它的接口上，如同大树的根、枝、叶，不断向外
探索发现 |
马先蒿
娇滴滴的“寄生花” 马先蒿属（Pedicularis L.），是列当科（Orobanchaceae Vent.）中最大的一个属，全世界有500 种以上，多数生长在北半球寒带及高山区域，中国有352 种，占全球的70%。 马先蒿是一至多年生的草本，常为半寄生或半腐生，但也有能完全独立生活的种类。它的花极度特化，花冠二唇，上唇两个裂片对折在一起形成盔状，盔的先端往往延伸成喙，并且有很多种扭曲的
科学微距 |
虚拟现实可以扭曲人们的时间感
美国加州大学圣克鲁斯分校的心理学研究人员发现，在虚拟现实中玩游戏会产生“时间压缩”的效果，时间过得比你想象得要快。认知科学专业的马伦（GraysonMullen）与心理学教授大卫登科（Nicolas Davidenko）合作设计了一项实验，以测试虚拟现实对游戏玩家时间感的影响与传统显示器的不同。 马伦设计了一款可以在虚拟现实和传统显示器玩的迷宫游戏，招募学生来测试这款游戏。研究人员随机选择每
科学微距 |
恐龙内耳的秘密
如果询问古生物学家最想知道关于恐龙的奥秘是什么，相信大部分人都想知道恐龙如何互动以及它们是怎样开始飞行的。然而，使用化石来推断这些行为是非常困难的。最近，美国耶鲁大学的研究团队进行的新研究给古生物学研究人员提供了一个可行的切入点——古代爬行动物的内耳。 美国耶鲁大学的古生物学家说：“对动物来说，内耳有一种特定的功能，我们通过化石重建内耳的形状，就可以找到关于已灭绝动物的实际行为的证据。”这位
科学微距 |
使用CRISPR工具遏制蚊子带来的病毒传播
2020年的诺贝尔化学奖颁发给了CRISPR（规律间隔成簇短回文重复序列），这是一种革命性的基因编辑技术。作为一种生物学工具，它能以前所未有的精度来编辑基因组，而且更简便、成本更低。 蚊子是许多种疾病的传播媒介，被认为是世界上特别危险的动物之一。美国加州大学圣地亚哥分校的科学家已经开发出几种CRISPR基因编辑工具，有助于阻止蚊子传播疾病。这种方法被称为基因驱动。在这个项目中，被编辑后的基因
科学微距 |
声音·数字·趣闻
声音 若继续延续以末端治理为主的控制路径，未来十年内大气污染物减排潜力将基本耗尽。若在碳中和目标下实现深度能源转型，将大大推动生态环境质量改善，使人民健康大幅获益。 ——中国工程院院士、 清华大学环境学院教授贺克斌 2021年6月9日，在人文清华讲坛上，中国工程院院士、清华大学环境学院教授贺克斌发表名为《碳中和，未来之变》的演讲，表示未来碳减排路径选择将是“五碳并举”，即资源增效减碳、
科学有料 |
跟着数学看世界
不可思议的“倍增” 生活中有很多看似普通但是实际上会让我们大吃一惊的结论。比如2001 年，美国女生布兰妮在当地超市找到一卷长1.2 千米而且比较薄的卫生纸，在父母的帮助下花了7 个多小时，完成了“把一张纸折叠12 次”的有趣项目，而这竟成为一项新的吉尼斯世界记录。 如果一张足够大的A4 白纸持续对折，那么在四十多次对折后的厚度就相当于地球到月球的距离，50次对折之后的厚度就能达到一亿千米——
学海新知 |
超新星爆发时，地球安全吗？
银河系里聚集着两三千亿颗恒星，当然不乏大质量恒星，堪称一个巨大的潜在超新星“仓库”。而这里一旦爆发超新星，会不会对地球生命产生影响呢？ 并非杞人忧天 20世纪50年代以来，有科学家提出超新星爆发可能是地球生命史上物种灭绝的元凶之一。理论上，邻近超新星爆炸所释放出的伽马射线可以在数十年里破坏掉臭氧层，使地球表面完全暴露在对生物有害的紫外线下。 20世纪末，天文学家发现可以通过寻找铁-60
学海新知 |
疫苗中的“隐形守护者”
佐剂的前世今生 疫苗的发明源于中国北宋时期开展种痘术预防天花的伟大实践。17世纪，该技术传入欧洲以后极大地启蒙了现代免疫学的发展。在历经牛痘术改良、减毒微生物筛选培养、抗原灭活技术等多种重大技术革新后，19世纪末至20世纪初堪称疫苗发展的第一个黄金时代。但是，当时的疫苗需要消耗很多的病原微生物作为抗原，成本非常高;而且疫苗有效率也不够稳定。这些问题直到一个意外的实验促成佐剂的发明才得到改变。
学海新知 |
磁铁+木棒就能辨别方向？
实验材料 长木棍、短木棍、扁木棒、磁铁、羊眼钉、细线、白乳胶、剪刀、画笔 实验步骤 1在短木棍的两端各钻一个孔，大小刚好能让长木棍插过，然后将羊眼钉拧在短木棍的中间位置。 2将长木棍分别插入短木棍的孔中进行固定。 3在扁木棒的中心位置点上少许白乳胶，之后用白乳胶将扁木棒黏到短木棍上。白乳胶要等一会儿才能完成固化。这样，指南针的支架就做好了。 4用细线将磁铁系好，细线
艺术中的科学 |
穿越时空的复原大师
恐龙是已灭绝的古生物，我们如何才能知道它们的模样呢？正是一代代古生物艺术家的不懈努力，才让我们越来越接近恐龙真实的模样。科学复原恐龙和它们生活的世界可不简单，勾画古生物的艺术家更不是普通的艺术家，他们不仅拥有高超的艺术素养，同时又具备了古生物学、解剖学、生态学、地质学等多方面的深厚知识积累，正是他们打开了一扇通向史前世界的大门，带我们穿越时空，回到恐龙生活的史前时代。 由内到外抽丝剥茧的复原
艺术中的科学 |
中华墨汁的传承“秘籍”
墨汁为什么是黑的？ 无论是书法还是绘画，都会用到墨汁，而这看起来黑乎乎的墨汁除了水分以外，还有些什么成分呢？其实，墨汁主要是由碳黑、胶料、添加剂加工而成。碳黑是各种原料所制取的碳素的总称，碳黑的粉粒越细，颜色越好，制成的墨汁光洁度越好，性质稳定，被覆力极强。这也是为什么墨汁一旦沾在衣服上就很难洗干净的原因。 胶料一般采用动物胶（骨胶）作乳化胶，动物胶可使碳黑散布均匀及调节墨汁的浓度，还起到
兵器与谋略 |
至暗时刻的艰难反击
八路军巧破“囚笼政策” 1940年夏， 侵华日军继续向西向南推进， 祖国的大好河山，一寸寸被侵略者的铁蹄践踏。日军对华北敌后抗日根据地推行“囚笼政策”， 试图围困中国共产党及其领导的抗日武装， 使敌后抗日根据地遭遇严重生存危机。 当时正处于抗日战争初期，八路军和新四军在敌后开展游击战争，收复了大片失地，先后建立起晋察冀、晋绥、晋冀鲁豫、华中、华南等一系列敌后抗日根据地。八路军和新四军的积极
兵器与谋略 |
巨浪奔腾威震海天
巨浪-2从深海冲上云霄 让我们把时钟调回到2011年。随着渤海湾的一声巨响，一枚新型潜射导弹泼水而出，巨浪-2潜射战略导弹试射成功。巨浪-2潜射战略导弹的个头有14米，最大射程在7500～8000千米，起飞重量40～45吨，可携带1枚25万吨级核弹头，或者3枚4～6万吨分导弹头。 在制导方式上，巨浪-2潜射战略导弹采用由捷联惯性、弹道计算机、激光陀螺仪、天文导航组成的复合制导系统。 巨浪
行知天下 |
探寻沙丘鹤的“老家”
观鹤者与沙丘鹤的美妙相遇 圣路易谷地位于美国科罗拉多州，南临墨西哥州，面积约21000平方千米，平均海拔2336米。格兰德河（RioGrande）是科罗拉多州最长的河流，它自西北向东南方向斜穿圣路易谷地，形成了圣路易谷地国家野生动物保护区群带。 这里是许多鸟类的迁徙通道，包括沙丘鹤、雁鸭类、大量的涉禽和猛禽。每到春天和秋天，都有超过2万只的沙丘鹤在山谷中停歇。 笔者常与鹤类爱好者们相聚在
行知天下 |
去千年古刹看“立体连环画”
“藏”着雕塑的四合院 陕西秦岭北麓的王顺山山脚下有一条蓝水河，河水从秦岭悟真峪中奔流而出，遇到一处平缓坡地后分为南北两股水流，然后又合二为一汇入黄河。这一坡地形同小岛，坡地尾端的殿宇三面环水，慢慢被世人称为水陆庵。 对比中国各地寺庙建筑，水陆庵规模并不算太大，院中有三间中殿，最西为水陆殿，形成一个完整的四合院院落。三千余尊彩塑全部集中于水陆殿中，水陆殿平面为边长约16 米的正方形。殿中置中央佛
行知天下 |
三星堆考古笔记
用新发现“解码”过去 在三星堆新公布的众多文物中，3号坑发现的顶尊跪坐人像体量巨大，通高115厘米，下部为一尊跪坐的铜人，双手合握于身前，头部顶一块方板，方板连接青铜大口尊，尊的肩部有4条精美的龙形装饰。同样造型的铜器，在之前发掘的2号坑中发现过一件，但尺寸较小，通高只有15厘米左右，双手上举，如同“尊”这个汉字的形象化表达。铜尊最早见于中原地区的商文化，在长江中下游也有发现。三星堆先民通过
科学起航 |
戚发轫：挺进太空的梦想缔造者
永不放弃的航天初心 戚发轫5岁时跟随家人迁往辽宁大连，小时候的他只知道自己是满洲国人。1945年，苏联红军解放了大连。在戚发轫的第一堂中学课上，老师告诉他们：“我们的祖国叫中国，我们是中国人。”从此，这句话如钢浇铁铸般注入他的信念、理想和灵魂。 1952年大学统一招生，19岁的戚发轫报考了清华大学航空系（原北京航空学院，在清华大学授课）。1957年9月，大学毕业后被分配到成立不久的国防部第
生活解码 |
花亘四时月季的前世今生
中国月季的血脉流传 中国作为月季的重要发源地，是世界上蔷薇属野生物种资源极其丰富的国家之一，也是世界上很早就开始栽培、选育品种的国家。 早在2000多年前的汉代，著名的“月季之母”——月月红就已广泛种植。盛唐时期，月季大范围的种植观赏带来了丰富的品种变异。到了宋朝，更是培育出可以季季开花的月季品种，与如今的现代月季性状十分相似，开花不断，花期极长。明清时期，中国古老月季品种群基本成形，种植
青春密语 |
太好强会活成一座孤岛？
流出来的眼泪是珍珠，吞进去的眼泪是毒药 刘淼（化名）是被班主任带来找我的，老师说他最近暴瘦，成绩也突然下降很多，有时候还在课上打瞌睡，问他是不是遇到什么特别的事，刘淼只是摇头，却什么都不说。班主任看着他有点恍惚的表情，觉得不对劲，就把他带到了我的心理咨询室。 班主任离开之后，我给刘淼倒了一杯温水，他低着头坐在沙发上沉默不语。我就在一边安静地坐着，直到他动了动身体，喝了口水，我才开口问他：“
漫画科学 |
和AI机器人一起去太空
这款太空AI机器人大约重5千克，拥有一个约6寸的显示屏以及人工智能大脑。它的麦克风和相机经过优化，采用了语音控制技术，能识别使用者的声音和脸，还能与人类沟通交流，对语音指令做出及时反应。 除了交互功能，AI机器人还可以帮助航天员进行一些科学实验，将实验过程通过图片和视频展示在屏幕上。一旦航天员提出问题，AI机器人就会进行相应的指令操作，呈现文字、视频，或者通过回答指引航天员作业。
漫画科学 |
奇妙的“天梯”体验
太空电梯的核心是碳纳米管复合碳带，它的强度是钢的百倍，柔韧性是塑料的百倍，碳纳米管之所以有这么高的强度是因为它独特的结构，这种结构可以用来作碳纳米管制造纤维，这样就做出太空电梯用的缆绳了。机器升降器将用这种缆绳把电梯拉升到太空中，电梯上的牵引踏板则通过拉动缆绳使电梯上升。 我们日常乘坐的电梯都有配重来给轿厢提供上升力，太空电梯也有这个装置。不过我们是把从空间站运送回地球的太空垃圾和科学样
科幻空间站 |
病毒的“超级大脑”
受人尊敬的志愿者 有人在招募志愿者，从事一项据说很光荣、很伟大的事业：试验埃博三号病毒疫苗。这项事业没什么“钱”途，没有酬劳，连工作都算不上;不需要技术，只要是个活人就行;如果不幸“牺牲”，还会被当作解剖研究的对象。然而我却报名了。我想，人的一生不能这么无所作为，而告别平庸最快、最直接，当然不能算最好的办法就是以一种轰轰烈烈的方式死去。在那么一刹那，全世界的目光都集中在我身上，而我就是人类的
科幻空间站 |
完美社会
“今天，我们在这里共同庆贺全球虚拟网络全面建成！” 随着领导人意味不明的微笑，一股股强大的量子态粒子被集约成无数量子通信，“虚拟世界通行证”蜿蜒而上，直达脑域深处，刺激着大脑发出特有波频的震动。 这一刻，全球人民的脑电波都在同一频率上震动，他们的意识也沉入了那个虚拟世界。 这一刻，世界欢腾。 这一刻，万籁俱寂。 1 “言语，快醒醒！”于文一边喊着，一边切断了“通行证”的量子流运送触
科幻空间站 |
梦里繁花终是虚
“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？”这是两千多年前的中国先哲屈原在流放途中向苍天发出的疑问。所有这些疑惑，最终都能归于一点，也是自从人类开始抬头仰望星空的那一刻起，就已经产生的对这个世界最深的困惑——这个世界究竟是真实的，还是虚幻的。 随着工业革命时代的到来，人类靠着各种新奇的发明创造和不畏艰险的探索精神，踏足了这颗星球上能够到达的每一个角落，
编读互动 |
“见字如面·对话未来”
我们每个人都对未来有过或多或少的想象，未来的自己在做什么，世界发生了哪些变化，那些藏在心底的愿望清单是否能在未来一一完成。如果可以写一封信寄给未来，你想写给谁呢？ 由中国科技馆、北京市委教育工委、北京市教委主办，中国科学技术馆展览教育中心、中国数字科技馆、《知识就是力量》杂志社、北京教育新闻中心、北京市教育融媒体中心承办的“见字如面· 对话未来”主题活动带着小记者们走近科学，与科学家们一起体验了
百问百答 |
百问百答
滚滚而逝的江河、潺潺流过的小溪……这些美景都是湿地，湿地就在我们身边。2021年5月，中科馆大讲堂邀请到了中国林业科学研究院湿地研究所的雷茵茹副研究员，带我们一起了解湿地中珍奇可爱的生灵，探索湿地各式各样的生态功能，探寻湿地与人类和谐发展的共生模式。 Q：湿地为人类提供了哪些生态系统服务呢？ A：生态系统服务是指人类从生态系统中获得的益处。全球超过4 0 % 的物种都依赖湿地繁衍生息，因此
