技术

研究人员推出了一种创新的数值决策框架，旨在增强太阳能面板在恶劣天气条件下的保护。这种方法结合了先进的风模拟与机器学习技术，以优化在高风天气下太阳能面板的角度。与早期的策略不同，这种新方法将每个面板视为独立的决策者，使其能够发现创新的、基于数据的方法，以最小化压力，并显著超越现有保护措施的有效性。 太阳能行业正在全球范围内经历最快的增长。太阳能光伏电站将阳光转化为电力，其巨大的清洁可再生能源生产能力对于到2050年实现净零排放的倡议至关重要，旨在到2050年消除二氧化碳排放。 风可以对太阳能电源系统产生积极和消极的影响。它通过清除泥土和碎片来改善太阳能面板的性能，同时由于太阳能面板在较高温度下通常表现较差，风提供的气流增强了冷却效果并提高了效率。然而，太阳能面板的纤细设计使其在高风事件中容易受到损坏，可能导致结构故障，从而需要大规模维修。此外，随着太阳能的使用增加，因恶劣天气影响光伏面板而导致的保险索赔也在上升。 在由AIP Publishing出版的《流体物理学》上，来自法国索非亚·安提波利斯PLS大学材料成形中心的研究人员提出了一种突破性的数值决策框架，旨在保护太阳能面板免受极端天气的影响。…

弦理论仍然是一个神秘的话题，尚未得到明确的证明。然而，一组物理学家通过一种新颖的数学技术在支持弦理论方面取得了显著进展，这一技术表明了它的“必然性”。 弦理论首次提出于50多年前，以提供理解物质形成的框架，至今在被归类为“可证明”概念方面仍面临挑战。然而，物理学家团队最近的突破增强了对弦理论的验证，通过一种尖端的数学方法，表明了它的“必然性”。 根据弦理论，宇宙的基本组成部分不是粒子，而是一维震动的弦。这些弦以各种频率震动，最终决定生成哪种粒子——类似于不同音乐音符是如何通过弦乐器的震动产生的。 这项研究发表在《物理评论快报》期刊上，涉及来自纽约大学和加州理工学院的科学家，他们试图回答一个问题：“弦理论独特地解决了什么数学问题？”这种探索物理学的方法被称为“自举”。这个术语形象地代表了独立获得结果的思想，不需要额外的输入。 自举方法成功地帮助物理学家揭示了使广义相对论和各种粒子理论（例如质子内胶子之间的相互作用）在特定条件下在数学上不可避免的数学基础，因为它们是在特定条件下唯一一致的数学框架。…

一组国际科学家发现了一颗绕着人马座A*（我们银河系中心的超大质量黑洞）旋转的双星。这标志着第一次发现一对星星靠近超大质量黑洞。这一突破增强了我们对在极端引力条件下星星如何生存的认识，并可能导致未来发现人马座A*附近的行星。 一组国际科学家发现了一颗位于人马座A*附近的双星，后者是我们银河系中心的超大质量黑洞。这是第一次观察到一对星星靠近超大质量黑洞。这一发现基于由欧洲南方天文台的超大望远镜（ESO的VLT）收集的数据，改善了我们对星星如何在极端引力环境中生存的理解，并可能为发现人马座A*附近的行星打开大门。 “黑洞并不像我们之前认为的那么具破坏性，”德国科隆大学的研究员、最新发布的研究报告的第一作者Florian Peißker表示。尽管双星（相互环绕的星星对）在宇宙中相当常见，但它们从未在超大质量黑洞附近被识别出来，因为强大的引力可能破坏恒星系统。这一最新发现表明，一些双星系统即使面临毁灭性力量也能生存下来。新发现的双星被称为D9，观测到的时间非常特殊：估计其仅有270万年的历史，而附近黑洞的显著引力影响预计将在仅100万年内将其合并为一颗单星——对如此年轻的系统而言，这个时间极其短暂。“这给我们提供了一个短暂的机会去观察这样一个双星系统在宇宙时间尺度内——我们做到了！”合著者、同样来自科隆大学的研究员和ESO的前学生Emma Bordier说道。多年来，人们一直认为超大质量黑洞周围的极端环境阻碍了新星的形成。然而，已经发现几颗年轻的星星靠近人马座A*，挑战了这一信念。现在年轻的双星身份的确认表明，即使在这种恶劣条件下，星星对也能够形成。“D9系统周围明显有气体和尘埃，表明它可能是一个异常年轻的恒星系统，可能是在超大质量黑洞附近形成的，”合著者、来自捷克马萨里克大学及科隆大学的研究员Michal…

在研究艺术作品时，理解其构图的视觉清晰度至关重要。受到数字艺术家的启发，冲绳科技大学（OIST）的研究人员开发了一种新的度量标准来衡量数字图像的清晰度。这一进展使科学家能够有效监测艺术创作和物理变化过程中的结构变化。 这一创新的度量标准有潜力增强科学和艺术领域的分析与决策，可能改变我们解读和评估图像结构的方式。该度量标准应用于数字艺术作品和物理系统，其研究成果已发表在期刊《PNAS》上。 使用数学定义艺术的清晰度 这一方法的核心是一个简单的概念，灵感来源于经常缩小视野以评估作品的数字艺术家。研究人员设计了一种高中水平的数学方法，通过评估在模糊时视觉元素保持区别的程度来量化数字图像中的“清晰度”。该度量标准将物理与艺术联系起来，为数字图像的科学评估和创作过程提供了灵活的工具。 该技术涉及通过与相邻像素的随机像素交换来模糊图像，然后将原始图像与模糊版本进行比较。研究人员确定原始构图的可见部分，并在主要结构特征仍可识别的图像上赋予更高的分数，而对那些像素混乱或颜色单一的图像赋予零分。…

科学家们创造了一种突破性的方法，用于3D混凝土打印，该方法能够捕捉二氧化碳，为减少建筑行业的环境影响提供了一种新的途径。 新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的研究人员提出了一种新型的3D混凝土打印技术，可以捕捉二氧化碳，为减少建筑行业的生态足迹铺平道路。 这一创新技术在科学期刊《碳捕捉科学与技术》中讨论，旨在显著降低与水泥相关的碳排放。水泥大约贡献了16亿公吨二氧化碳（CO2），占全球CO2排放的约百分之八。该方法减少了材料使用、施工时间和劳动力需求。 该团队的新型3D混凝土打印技术将蒸汽和CO2直接作为各种行业的副产品注入混凝土混合物中。该方法有效地将CO2整合并存储在混凝土结构内部。…

来自詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的新观察挑战了关于系外行星Trappist-1 b的现有信念。以前，科学家认为它是一个黑暗、岩石的世界，缺乏大气层，在辐射和陨石撞击的攻击下经过数十亿年的形成。然而，最近的发现显示情况并非如此。其表面似乎大部分未受损，提出了火山活动或板块构造等地质过程的可能性。另一个正在考虑的情况是，该行星可能实际上拥有一层厚厚的、模糊的大气层，主要由二氧化碳组成。这些发现突显了科学家在确定具有薄大气的系外行星特征时面临的困难。 Trappist-1 b是围绕恒星Trappist-1运行的七颗岩石行星之一，距离地球40光年。这个系统尤其有趣，因为它为天文学家提供了从相对较近的距离观察七颗类地行星的机会，其中三颗位于适居带——一个可能允许行星表面存在液态水的区域。迄今为止，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在这一独特系统上投入了290小时，进行了十项研究项目。 最近的研究，特别是由海德尔堡的马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）研究人员重要贡献，由法国巴黎的法国原子能委员会（CEA）的艾尔莎·杜克罗特主导。该研究涉及分析来自Trappist-1…

当一个构造板块在另一个构造板块之下移动时，它会产生含有诸如水、硫和氯等挥发性物质的熔岩。当这些熔岩上升时，它们会释放出熔岩流体，这使硫和氯能够与黄金和铜等金属结合，将它们运输到地球表面。天然熔岩经历的极端条件在实验室环境中难以复制，这导致了关于各种硫形式在金属运输中确切角色的持续争论。然而，日内瓦大学（UNIGE）的一项前沿研究揭示，硫，特别是以双硫化物（HS-）的形式，对于熔岩流体中的黄金运输至关重要。这项研究的详细信息可以在自然地球科学中找到。 当构造板块碰撞时，沉没的板块——称为俯冲板块——下降到地球的地幔中，升温并释放出大量水。这些水降低了地幔的熔点，使其在超过一千摄氏度的高温和高压下熔化，形成熔岩。由于这种熔融岩石的密度低于周围的地幔，它会向地球表面移动。 “随着熔岩的上升，压力的降低使其充满了富含水的流体。然后，这种流体形成了熔岩流体的气泡，留下了硅酸盐熔体，”日内瓦大学科学学院地球科学系的博士后研究员、研究的主要作者斯特凡·法尔桑解释道。熔岩流体主要由水组成，但也包含像硫和氯这样的溶解的挥发物。这些元素至关重要，因为它们能从硅酸盐熔体中提取黄金、铜和其他金属，从而促进它们向表面的移动。 不同形式的硫 硫可以通过一种称为氧化还原的过程，轻易地在还原态和氧化态之间转变——这意味着它可以获得或失去电子。硫的氧化还原状态是重要的，因为它影响硫与其他元素（如金属）相互作用的能力。然而，科学界内持续了十多年的一个有争议的辩论是：是什么样的硫在熔岩流体中产生氧化还原状态，促进金属的动员和运输？…

人类学家强调，整理和保存人类在火星探索中产生的物理文物的重要性，以记录我们在探索其他星体的初步努力。 在火星上的航天器、着陆器、探测车以及其他太空探索遗留物是否只是散落在地表的废物，还是与克洛维斯点相当的重要发现——人类探索雄心的历史标志？ 堪萨斯大学的人类学家贾斯廷·霍尔科姆的新研究为整理、保护和照顾人类在火星活动的文物提供了有力的论据，旨在重述人类首次进入星际探索的历程。 这项研究标题为《火星新兴考古纪录》，已发表在学术期刊《自然天文学》上。 霍尔科姆，主笔作者表示：“我们的核心论点是，人类正处于一种扩散阶段，这种扩散最初始于非洲，传播到其他大陆，现在正扩展到外星环境。”他说，“我们正在开始占据整个太阳系，正如我们分析地球上的文物和特征以理解我们的演化和历史一样，我们也可以通过检查探测器、卫星、着陆器以及我们所遗留的其他材料在太空中应用相同的方法。这创造了我们扩展存在的有形记录。”…

DNA包含生命所需的基本指令，并与酶和各种分子协同工作，以决定如发色或疾病易感性等特征。研究人员相信，通过利用其显著的能力和广阔的存储潜力，它可能会导致基于DNA的计算机的创建，这些计算机可能比我们当前的基于硅的系统表现得更好且更紧凑。为了实现这一愿景，研究人员揭示了一种快速、顺序的DNA计算技术，允许重写，类似于现有的计算机系统。 DNA包含生命所需的基本指令，并与酶和各种分子协同工作，以决定如发色或疾病易感性等特征。研究人员相信，通过利用其显著的能力和广阔的存储潜力，它可能会导致基于DNA的计算机的创建，这些计算机可能比我们当前的基于硅的系统表现得更好且更紧凑。为了实现这一愿景，研究人员揭示了一种快速、顺序的DNA计算技术，允许重写，类似于现有的计算机系统。 根据研究的合著者Fei Wang的说法，“作为一种液体计算方法，DNA计算具有独特的应用可能性，并承诺在DNA内部实现广泛的数据存储以及数字文件处理。” 在生物系统中，DNA表达遵循顺序模式：基因转录为RNA，然后翻译为蛋白质。这个过程在许多基因中以重复的方式同时发生。如果科学家能够在以DNA为核心的计算机中复制这一复杂过程，则可能会导致比基于硅技术的机器更具优势。虽然研究人员成功地演示了针对特定狭窄任务的顺序DNA计算，但直到最近，在创建可用于多种用途的多功能可编程DNA设备方面的进展仍然有限。…

街头艺术包含多种风格，柏林墙上引人注目的壁画在其倒塌前后都反映了公众情感。然而，创作这些艺术作品的技术常常隐藏在秘密之中，使得它们的保护变得复杂。最近，研究人员通过分析油漆样本，结合便携式探测器和人工智能（AI）进行数据解读，获取了关于这一标志性地点的见解。 街头艺术包含多种风格，柏林墙上引人注目的壁画在其倒塌前后都反映了公众情感。然而，创作这些艺术作品的技术常常隐藏在秘密之中，使得它们的保护变得复杂。最近，研究人员通过分析油漆样本，结合便携式探测器和人工智能（AI）进行数据解读，获取了关于这一标志性地点的见解。 “这项研究展示了化学和深度学习在材料分析方面的非凡协同作用，正如使街头艺术富有魅力的颜料所示，” 研究的联合作者弗朗切斯科·阿梅塔解释道。 为了有效地恢复或保护艺术品，收集有关使用的材料和方法的详细信息至关重要。不幸的是，柏林墙的艺术家没有保留任何记录。之前对其他历史物品的调查中，科学家们将碎片甚至完整的作品带入实验室，通过拉曼光谱法在不损坏样本的情况下识别颜料。虽然便携式拉曼设备可用于实地研究，但其准确性无法与大型实验室设备相媲美。因此，阿梅塔与罗西娜·塞莱斯特·庞特里奥及其团队致力于设计一种AI算法，能够分析这些便携式拉曼设备的数据，以更精确地识别颜料和染料。在对其新方法的初步测试中，他们检测了来自柏林墙的15个油漆样本。…

地球的磁场是如何产生的？虽然基本原理大体上已被理解，但许多具体方面仍不清楚。来自德累斯顿-罗斯托夫亥姆霍兹中心（HZDR）的先进系统理解中心（CASUS）、美国桑迪亚国家实验室和法国替代能源与原子能委员会（CEA）的研究团队开发了一种模拟技术，可能为地球的核心提供新的见解。这种方法不仅分析原子行为，还捕捉材料的磁特性。这项研究对地球物理学至关重要，并可能有助于推动未来技术的发展，如类脑计算——这为更高效的人工智能系统提供了一种革命性的视角。研究结果发表在《PNAS》期刊上。 地球的磁场对生命至关重要，因为它保护地球免受有害的宇宙射线和太阳风的影响。这个磁场是通过地球发电机过程产生的。“我们知道，地球的核心主要由铁组成，”负责CASUS材料设计机器学习部门的阿提拉·坎吉说。“当你接近地球的核心时，温度和压力都会升高。温度的升高导致熔化，而压力的升高则使材料保持固态。由于地球内部独特的温度和压力条件，外核保持熔融状态，而内核保持固态。” 包围固态内核的带电液态铁流动，在地球的旋转和对流电流的推动下，产生电流，这些电流负责地球的磁场。 然而，关于地球核心的关键问题仍需解答。例如，核心的确切结构是什么？与铁共存的其他元素扮演什么角色？这些因素可能会显著影响地球发电机过程。科学家们通过将地震波发送穿过地球并使用敏感传感器分析其回声的实验中获得了一些见解。“这些实验表明，核心不仅仅包含铁，”桑迪亚国家实验室的首席作者斯维特索斯拉夫·尼科洛夫解释道。“这些测量结果与假设核心完全由铁组成的计算机模拟结果相矛盾。” 数字模拟冲击波…

我们如何确保尽可能多的家庭不仅接受太阳能电池板，还投资于自己的电池以存储太阳能、热泵和电动车？巴塞尔大学和日内瓦大学的研究人员调查了这个重要问题。 我们如何确保尽可能多的家庭不仅接受太阳能电池板，还投资于自己的电池以存储太阳能、热泵和电动车？巴塞尔大学和日内瓦大学的研究人员调查了这个重要问题。 为了保护气候并推动能源转型，吸引私人家庭的参与至关重要，因为他们可以通过采用绿色技术（如太阳能电池板、电动车和热泵）显著贡献。来自瑞士巴塞尔大学的马特·范德·卡姆博士和乌尔夫·哈内尔教授探讨了充分利用这一潜力所需的政治措施。 他们与日内瓦大学的研究人员合作，最初对约1500个瑞士家庭进行了调查，以了解他们在绿色技术选择背后的原因。然后，他们将这些数据整合到一个动态模型中，模拟家庭及其在决策者社区中的互动。这种方法使他们能够评估哪些政策措施能够有效满足家庭需求，并鼓励更广泛地采用这些技术。他们的研究结果最近发表在《细胞报告-可持续性》上。 个别激励措施的影响不足…