科学

加州大学圣迭戈分校和庞培法布拉大学的研究人员发现，饥饿状态下的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）生物膜会通过单个出口弹射运动细胞，利用自生水凝胶膨胀1000倍产生机械力将细胞推出。 生物膜是包裹在自分泌基质中的细菌群落，以难以根除而闻名。它们覆盖医疗植入物、堵塞工业管道，并通过藏匿休眠细胞（治疗后重新定殖）来抵抗抗生素。 该机制于7月7日发表在《自然·微生物学》上。与主流模型（生物膜通过酶解基质均匀释放细胞）不同，这种”逃生舱”策略是局部的、各向异性的，且本质上是机械性的。 “当我们看到细胞通过单一通道涌出时，就知道发现了全新的东西，”加州大学圣迭戈分校分子生物学教授、论文通讯作者Gürol M. Süel说。 水凝胶驱动的喷射 在碳匮乏约16小时内，生物膜深处的运动细胞开始分泌聚-γ-谷氨酸（gamma-PGA）。这种聚合物可吸收高达其自重1000倍的水分。膨胀产生的渗透压足以通过生物膜外层的一条路径将细胞推向外部的过程，研究人员将其比作火山熔岩冲破火山口壁。 一旦弹出，释放的细胞便利用鞭毛游向更适宜的环境。关键在于，原始生物膜保持完整，条件改善后可以重新生长——这使得该机制成为一种赌注分散的生存策略，而非最后的崩解手段。 水凝胶对pH值的响应性提供了潜在的控制手段。在中性pH（7）下，gamma-PGA膨胀并驱动弹出。在酸性pH（4）下，它会收缩，从而关闭该机制。研究团队证明，基因过表达gamma-PGA会导致生物膜完全崩解，而破坏gamma-PGA合成途径（DeltacapBCAE）则完全消除了扩散行为。 意想不到的进化平行 这一发现具有显著的对称性：唯一已知的另一个利用gamma-PGA水凝胶进行机械弹射的生物系统是水母的刺细胞（刺丝囊）。发射刺胞动物”鱼叉”的相同化学反应，也将细菌从生物膜中发射出去。 “这是细菌和水母之间意想不到的机制平行，”Süel说。”大自然似乎趋同于用同一种水凝胶解决方案解决两个完全不同的问题。” 系统发育分析证实，芽孢杆菌属的gamma-PGA合成操纵子与刺胞动物依赖gamma-PGA的刺丝囊机制是独立进化的——这是分子水平上真正的趋同进化案例。 局限性与临床前景 这一发现作为不依赖传统抗生素的抗生物膜策略的潜在基础而受到关注。但这项工作仍处于实验阶段，仅在单一生物体（B. subtilis）的控制微流控腔室中得到验证。该机制是否能推广到与医院获得性感染最相关的医学重要病原体（如铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa或金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus）仍是未知数。 “这是最好的基础科学，”Süel强调。”我们已经确定了一种机制。临床应用即使到来，也还需要多年时间。” 强制生物膜破裂理论上可能将病原细胞释放到血液中，可能导致远处感染——这是论文未提及的风险，在任何治疗开发前都需要仔细评估。 尽管如此，这一发现开辟了生物膜研究的新前沿。由膨胀压力而非酶降解驱动的机械喷射性质，提供了一条潜在途径，可以在不触发通常导致细菌对抗生素产生耐药性的应激反应的情况下破坏生物膜。 “这些细菌进化出了关于何时留下、何时离开这一问题的异常优雅的解决方案，”Süel说。”理解这一解决方案最终可能帮助我们设计更好的方法来管理医学和工业中的生物膜。” 来源 Chou TKT, Dau-Martinez A, Vicens-Figueres J, 等. “Self-generated hydrogel ejects bacterial cells for localized biofilm dispersion.” Nature Microbiology (2026). DOI: 10.1038/s41564-026-02413-4 Vaz J. “Bacteria clusters can eject ‘escape pods’ to […]

诺贝尔奖得主乔治·帕里西使用Anthropic公司的Claude AI系统解决了堵塞理论中一个困扰了12年之久的数学难题，这是迄今为止AI辅助数学发现最具体的证明之一。 帕里西因在复杂系统方面的研究获得2021年诺贝尔物理学奖，他与罗马大学同事弗朗切斯科·赞波尼于7月1日在《统计力学杂志》上发表了这一证明。论文明确声明，该结果「若无与Claude的互动则无法获得」。 「这不是AI独自解决问题的案例，」赞波尼说。「这是研究人员与AI合作的案例，AI提出了一个想法，而人类认识到它是正确的。」 12年的缺口 堵塞转变——泡沫、沙子或颗粒等无序系统在密度增加时突然变硬的现象——是统计物理学中尚未解决的问题之一。在2014年的一篇里程碑式论文中，帕里西与合作者推导出了无限维中密集硬球的完整副本对称破缺（fullRSB）解。该解引入了三个临界指数——a、b和c——它们描述了物理量在堵塞点附近的行为。 两个标度关系已经建立。研究人员解析证明了b = (1+c)/2，而a + b = 1已通过大量模拟在数值上被观察到任意精度。但a + b = 1的解析证明仍然难以捉摸。这一缺失环节意味着理论家无法确认两种不同的堵塞方法——fullRSB框架和机械边际稳定性论点——在数学上是等价的。 「我们看不到前进的道路，而Claude看到了，」赞波尼说。 合作如何运作 帕里西首先指示Claude重现2014年CKPUZ论文中的数值计算——以确定AI能否处理数学领域。Claude成功了，赢得了一定程度的信任。帕里西随后要求AI尝试证明a + b = 1。 Claude返回了一个包含核心思想的LaTeX文件，该思想本质上是正确的，尽管初始输出包含需要人工修正的错误。经过大约40次迭代提示，研究人员和AI逐步完善了证明——人类识别和纠正错误，AI填补逻辑空白。 最终证明将标度指数与物理量联系起来：间隙指数alpha = a/b，力指数theta = (c-a)/(b-c)，以及均方位移指数kappa = c+1。证明a+b=1可导出独立的标度关系alpha = 1/(2+theta)和kappa = 2-2/(3+theta)，这些关系此前由EPFL的马蒂厄·维亚尔通过机械边际稳定性论点预测得出。 完整的对话记录已存放在Zenodo存储库中。 AI做了什么，以及没有做什么 论文的作者谨慎地区分了Claude的贡献与未贡献的部分。关系式a + b = 1并非新发现——它在数值上已被知晓了12年。AI帮助产生了证明，而非发现。而且AI的输出需要人类专业知识进行修正；论文指出该证明是「通过与Claude互动获得并由我们验证的」。 赞波尼承认，纯数学家最终也许能在没有AI帮助的情况下找到证明。新颖之处在于，Claude让非专业物理学家能够接触到他们通常专业知识范围之外的数学技巧。 「Claude高效地让我们即时访问了我们常规领域之外的庞大数学训练和形式技能库，」赞波尼告诉《生活科学》。 该证明还留下了几个未解决的问题。作者明确指出，他们没有证明fullRSB轮廓的存在性或唯一性、标度区域的严格推导，或从流中选择无节点分支。 更广泛的模式 这篇论文加入了越来越多的AI辅助数学成果名单。最近几个月，一个OpenAI模型据报道内部解决了一个80年之久的数学问题，研究人员也使用AI验证了一个获奖证明。但帕里西-赞波尼的合作因其透明度而脱颖而出——互动记录是公开的，论文对人与AI合作的叙述异常详细。 「这极大地改变了我对这些模型在理论物理学中能实现什么的看法，」赞波尼说。 来源 Parisi G, Zamponi F. 「Analytical […]

距离潜水事故导致当时42岁的基思·托马斯胸部以下完全瘫痪、失去运动和感觉近六年后，他现在可以自己进食、用杯子喝水，并感受到握手的压力。这一变化来自”双重神经 bypass”（DNB），一种同时恢复运动和感觉的混合脑机接口（BCI）神经假体。 由纽约范斯坦医学研究所的查德·布顿领导的团队于7月16日在《自然医学》杂志上发表了这一成果，这是BCI首次产生持久的神经恢复，在刺激关闭后仍持续数月。 “该领域一直在等待双向系统能够在人类身上发挥作用的证据，”范斯坦研究所教授兼先进工程副总裁布顿说。”我们现在有了这个证据。” 双重 bypass 的工作原理 DNB系统有两条并行通路。在运动侧，植入托马斯大脑的五个微电极阵列（共224个电极）——两个位于初级运动皮层（M1）用于读取运动意图，三个位于初级体感皮层（S1）用于传递触觉反馈——连接到一台运行长短期记忆（LSTM）递归神经网络的笔记本电脑。该网络将神经信号解码为四种手部状态（休息、张开、闭合、伸展），准确率达84.6%，仅使用128个M1通道中的10个通道，无需重新训练即可维持超过五个月。 深度强化学习智能体实时调节抓握力，实现精细操作。解码后的指令驱动颈椎经皮脊髓刺激贴片、前臂神经肌肉电刺激以及定制的3D打印主动矫形器。 在感觉侧，指尖和手掌的力传感器检测压力，皮层内微刺激将模式化的电脉冲传递到S1，产生触觉感知。团队称之为”皮层镜像”的新型干预手段，将在想象或实际接触过程中从S1记录的神经活动模式回放到同一区域，驱动神经可塑性和持久的感觉恢复。 测量结果 在35周的试验中，托马斯的右臂力量提高了86%，左臂力量提高了62%。他在保持对话的同时抓握蛋壳等中空精细物体的成功率达到87%。手腕恢复的触觉敏感度从单丝测试中的100克检测阈值降至10克。感觉改善在刺激停止后持续了两个多月。 在两年的随访中，手臂力量和感觉的改善仍然存在，表明是长期的神经可塑性变化而非暂时的辅助效果。 单病例研究，但需谨慎 该研究是一项单参与者、开放标签的可行性试验（N=1），专家警告说，结果可能无法推广到具有不同损伤水平或原因的其他个体。托马斯的特定损伤——潜水事故导致的完全C4感觉/C5运动四肢瘫痪——代表了一种特定的病变特征。 “该手术需要15小时的开颅手术，患者部分时间需保持清醒以确认电极位置，”范斯坦研究所的主要作者桑托什·钱德拉塞卡兰说。”这不是一个简单的手术。” 2023年3月8日，托马斯在纽约曼哈塞特的北岸大学医院手术中被唤醒，以提供实时反馈，确认电刺激在正确位置产生了感觉。由神经外科医生阿什什·梅塔领导的手术团队利用这一反馈在闭合前调整了电极位置。 《STAT新闻》采访的独立专家对实际可扩展性提出了质疑。DNB需要数月的术前MRI映射、大型手术团队以及持续的AI重新校准。一些最令人印象深刻的功能性结果——精细抓握、稳定自主进食——需要连接到实验室的计算机系统。在实验室外持续存在的改善则较为有限。 “这对一个人来说是非凡的结果，”一位匿名向《STAT》发言的专家说。”问题是能否为100人或1000人做到这一点。” 前进方向 范斯坦团队目前正在招募最多三名四肢瘫痪患者参与扩大试验。DNB技术在2024年被《时代》杂志评为”最佳发明名人堂”。该团队还在探索在卒中康复、多发性硬化症和创伤性脑损伤中的应用。 “大脑具有可塑性，”布顿说。”我们正在证明，只要给予正确输入和输出，它就能以我们认为不可能的方式重新连接。” 婷 翻译 Sources Chandrasekaran S, Wandelt SK, Jangam A, et al. “Double neural bypass restores volitional movement and tactile sensation in a person with tetraplegia.” Nature Medicine 32, 2591-2601 (2026). DOI: 10.1038/s41591-026-04498-0 Broderick […]

玛丽 青藏高原是地球上最高、最大的高原，面积约250万平方公里，既是全球生物多样性热点地区，也是农业已捉襟见肘的地区。陡坡上的作物种植和大范围的过度放牧长期以来一直威胁着长期生产力，在养活不断增长的人口与保护脆弱的高山生态系统之间造成了紧张关系。 王立京、波拉斯基及其同事发表在《PNAS》上的一项新研究表明，这些目标可能并不冲突，至少在稳定的气候条件下如此。问题是气候绝不稳定。 三十年的进步 研究人员追踪了1990年至2020年青藏高原的粮食生产情况，发现三十年间增长了32.33%。到2020年，高原每人每天生产2892.98千卡热量，超过了自给自足的阈值。 但这一产量是有代价的。大部分农田位于易受侵蚀的陡坡上，牲畜数量超过了草原的承载能力。农业系统是高产的，但不可持续。 更温暖、更湿润的未来 研究团队模拟了三种气候情景（SSP126、SSP245和SSP585，涵盖中度到高度排放），发现所有情景下青藏高原在未来几十年都将变得更加温暖和湿润。乍一看，这有利于农业：更长的生长季节、更多的降水和更高的潜在产量。 结合持续的农业进步、机械化、灌溉改善和更好的作物品种，模型预测即使农田面积减少10%，产量也可能增加。这一减少足以退耕所有陡坡耕地并减少牲畜数量，从而在维持粮食生产的同时逐步淘汰最破坏环境的做法。 在此情景下，关键的生态系统服务、碳固存、水资源保持和栖息地质量都将得到改善。 极端天气这个未知数 作者强调，风险在于这些预测假设的是平均条件。极端天气事件、干旱、雪灾、热应激，在高原上的发生频率和严重程度都在增加。在最坏情景下，这些极端事件可能降低作物产量和牲畜生产力，威胁最低营养摄入。 该研究的主要作者王立京和合著者斯蒂芬·波拉斯基（明尼苏达大学）指出，该模型为”协调粮食生产和保护目标提供了定量证据”，但随着气候极端事件的加剧，实现这种平衡的窗口正在缩小。 更广泛的关联性 青藏高原并非特例。粮食生产与生态系统保护之间的紧张关系是联合国可持续发展目标在全球面临的核心挑战。这项研究表明，农业集约化与战略性土地休耕相结合，可以减轻生态系统的压力，但这只有在气候保持在可预测范围内时才成立。 研究结果呼应了论文参考文献中引用的EAT-Lancet框架的更广泛信息：改造粮食系统不仅需要饮食和技术转变，还需要考虑到所有农业所依赖的气候日益不稳定的现实。 婷 翻译 来源： 1. Wang, L. 等。”Opportunity and risk in achieving food production and conservation goals at high altitude: Evidence from the Tibetan Plateau。” PNAS 123(28) (2026)。DOI：10.1073/pnas.2600030123

玛丽报道 几十年来，半导体行业的运作手册很简单：把晶体管做得更小，在芯片上塞进更多晶体管，计算能力就会提升。这本手册正在接近尽头。晶体管的尺寸正逼近硅原子结构和量子力学定律所设定的基本极限。 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个团队展示了一种不需要缩小单个组件的替代方法。相反，他们向上构建。 2026年5月发表在《自然》杂志上的这项研究由Lam、Yu、Cao及其同事完成，介绍了一种硅晶体管单片三维集成的方法，将多个电路层直接堆叠在同一个衬底上，并在晶体管级别进行连接。 “如果你看看晶体管的实际尺寸，它们并没有变小，”该研究的主要作者、UIUC材料科学教授Cao Qing表示。”如果我们想保持处理能力增长的趋势，就必须开始思考超越仅仅在单个表面上挤压更多器件。” 热屏障 垂直堆叠硅电路的根本挑战是热量。传统的硅晶体管制造需要高达1,000°C的温度，足以损坏或熔化任何下层电路层中的金属布线。此前的3D集成尝试使用了可在较低温度下加工的替代材料：金属氧化物、碳纳米管或多晶硅。所有这些材料与单晶硅相比，电性能都较差。 伊利诺伊大学团队通过让硅本身变得足够薄来解决这个问题，使其可以在更低的温度下加工。他们使用了超薄单晶硅纳米膜，仅10纳米厚，大约相当于一个蛋白质分子的大小，通过滚压层压工艺转移到衬底上。 由于这些膜非常薄，它们具有机械柔韧性，无需高温键合即可贴合底层表面。整个制造过程在400°C或更低的温度下运行，与后端工艺兼容，这意味着在构建上层时下层中的金属布线不会受损。 他们构建的成果 该团队展示了一个三层芯片，每层有625个晶体管。虽然与现代处理器中数十亿个晶体管相比微不足道，但这一成就证明了该方法在晶圆尺度上可行（已在200毫米晶圆上得到验证）。 关键性能指标令人瞩目。堆叠硅晶体管的电流密度超过每微米650微安，比用金属氧化物或碳纳米管等替代材料构建的芯片高3-4倍。层间对准精度低于10纳米，意味着各层能够以足够高的精度对准，以实现高密度垂直连接。 该团队还展示了在三层上运行的功能性逻辑门，反相器、NAND、NOR和SRAM存储单元。”今天，在单个平面上需要六个晶体管来存储一个比特的信息，”Cao说。”通过这种方法，你可以获得相同的功能，但空间占用减少了，同时层间通信变得更加快速和高效。” 未来之路 这些晶体管的性能接近前沿硅MOSFET（当今芯片的标准构建模块），超过了所有此前报道的后端兼容晶体管技术。研究人员认为，在未来的迭代中可以增加更多层。 这项研究解决了半导体行业最紧迫的挑战之一。随着晶体管微缩速度放缓，垂直集成被广泛认为是继续提高计算密度的最可行路径，特别是对于AI和其他数据密集型工作负载，这些工作负载受益于处理与内存之间更短的距离。 从625个晶体管的概念验证过渡到商业芯片所需的数十亿个晶体管需要重大的工程努力。但单晶硅，驱动所有现代计算机的相同材料，可以在低温和高性能下堆叠的证明，开辟了一条无需放弃行业最成熟制造基础设施的道路。 婷 翻译 来源： 1. Lam, B. 等。”Monolithic three-dimensional integration of silicon transistors.” Nature 654, 652–659 (2026). DOI：10.1038/s41586-026-10496-6 2. McEachran, R. “New 3D silicon chip stacks circuits on top of each other to boost computing power.” Live Science（2026年7月16日）https://www.livescience.com/technology/electronics/new-3d-silicon-chip-stacks-circuits-on-top-of-each-other-to-boost-computing-power

2025年12月31日，特朗普政府终止了热泵的2,000美元联邦税收抵免，许多观察人士预计销量将大幅下滑，就像三个月前7,500美元的电动汽车税收抵免到期时那样。电动汽车销量暴跌，随后开始缓慢正常化。 但热泵的情况并非如此。 2026年第一季度，美国热泵出货量从12月到1月保持平稳，随后在春季逐步上升，季节性增长强于往年。热泵在2026年第一季度的销量超出燃气炉32%，延续了连续四年的趋势。过去15年间，美国热泵销量翻了一番。 “美国热泵市场似乎已经足够强大，不再依赖税收抵免，”加州大学伯克利分校能源经济学家卢卡斯·戴维斯在一项新分析中告诉《麻省理工科技评论》。 达到逃逸速度的技术 与电动汽车的对比具有启发意义。当7,500美元的电动汽车税收抵免于2025年9月结束时，销量急剧下滑，随后开始缓慢正常化。相比之下，热泵几乎没有受到冲击。 分析师表示，这一差异反映了该技术的内在价值主张。热泵利用电力移动热量，而非通过燃烧燃料产生热量，这一过程的效率是最好燃气炉的2到4倍。仅较低的运营成本就足以证明前期投资的合理性，即使没有补贴。 “税收抵免并非推广的主要驱动力，”凯西·克朗哈特写道。热泵市场似乎已经跨过了技术能够自我推广的门槛。 全球趋势 美国的模式反映了更广泛的全球推广趋势。国际能源署报告称，中国和德国也出现了强劲的热泵增长，这得益于监管、天然气价格上涨以及消费者意识的提高。 在美国，2022年的《通胀削减法案》将2,000美元的税收抵免作为建筑电气化更广泛努力的一部分。建筑物直接占美国温室气体排放量的大约13%（加上间接电力排放后更多），这使得热泵推广成为脱碳的重要杠杆。 数据显示 美国热泵出货量在过去15年间翻了一番。自2022年以来，它们每年都超过燃气炉。税收抵免后的平稳期和逐步上升是最强烈的信号，表明这项技术已不再依赖联邦激励。 “新技术的推广很少有直路可走，”克朗哈特指出，但热泵似乎正在克服剩余的障碍：前期成本、安装人员可用性以及寒冷天气下的性能（现代寒冷气候热泵在冰点以下仍能保持效率）。 《麻省理工科技评论》在2024年将热泵评为突破性技术，这一评价现在看来颇具先见之明。该技术在联邦支持撤回后表现出的韧性表明，美国热泵转型已不再是政策驱动的实验，而是市场驱动的现实。 婷 翻译

大语言模型已经改变了机器处理文本的方式，但它们学习”分子几何语言”（原子在三维空间中的排列）的能力在很大程度上仍未得到探索。加州大学伯克利分校Joseph Cavanagh和Teresa Head-Gordon领导团队的一篇新预印本表明，答案是：出奇地好。 研究人员在最前沿的LLM上对分子几何结构进行了微调，发现这种方法在预测平衡结构和生成多样化的构象体方面优于专业深度学习模型，同时保留了模型预训练的自然语言能力。 笛卡尔坐标 vs Z矩阵 分子可以通过两种主要方式在三维空间中描述。笛卡尔坐标（每个原子的x、y、z位置）直观且广泛使用，但它们在旋转或平移下不具有不变性，用不同方向描述的同一分子，对模型来说看起来像不同的结构。 Z矩阵是计算化学中常见的一种较老表示法，它使用键长、键角和二面角来指定每个原子相对于先前放置原子的位置。这种表示法固有地捕捉了分子的关系结构，哪些原子与哪些原子成键、以什么距离、以及相对于相邻原子的方向如何。 团队发现两种表示法都有效，但Z矩阵明显更优。”表示为Z矩阵的几何结构固有的不变性和关系性质为LLM适配提供了更好的语法，”作者写道。 性能与实际意义 微调后的LLM在预测平衡结构（分子采用的最低能量几何结构）和生成多样化、化学上合理的构象体（具有相似能量的替代三维排列）方面，优于包括图神经网络和等变网络在内的专业深度学习模型。 这种方法也异常简单：无需复杂的架构更改、无需自定义损失函数、无需领域特定的特征工程。标准的LLM微调过程，将分子几何结构视为令牌序列，只需极少的修改即可工作。 关键在于，团队证明在微调数据中混合少量自然语言提示-响应对，几乎保留了模型所有的预训练语言能力。这意味着同一个模型既能预测分子几何结构，又能回答化学相关问题，这种双重用途能力为多任务科学智能体打开了大门。 药物发现的新工具 准确的分子几何结构是计算药物发现的先决条件：预测药物候选物如何与蛋白质靶点结合、在溶液中如何表现以及可以采取哪些构象，都依赖于了解其三维结构。目前的方法，密度泛函理论（准确但缓慢）和专业机器学习模型（快速但受训练数据限制），各有权衡。 能够生成高质量几何结构同时保留通用语言能力的LLM，可以作为计算化学的灵活前端，生成候选结构，然后用更昂贵的方法进行精炼。 注意事项 作为2026年7月15日发布在arXiv上的预印本，这项工作尚未经过同行评审。该研究侧重于小型有机和药物样分子；在更大系统（肽、蛋白质或无机配合物）上的性能尚未得到验证。与专业模型的比较很有前景，但需要独立的验证。 来源： 1. Cavanagh, J.M. 等人。”How Well Can Frontier Large Language Models Generate Structures? High Quality Prediction of Molecular Geometries with Help from Fine-Tuning.” arXiv:2607.13350 (2026)。https://arxiv.org/abs/2607.13350 婷 翻译

当特朗普政府于2025年12月31日终止了对热泵的2000美元联邦税收抵免时，许多观察人士预计销量将大幅下降，就像三个月前7500美元的电动汽车税收抵免到期时电动汽车市场遭遇的那种断崖式下跌。当时电动汽车销量暴跌，之后才开始缓慢复苏。 但热泵的情况并非如此。 2026年第一季度，美国热泵出货量从12月到1月保持平稳，随后在春季逐步上升，季节性增长强于往年。2026年第一季度，热泵销量超出天然气炉32%，这一趋势已连续保持四年。过去15年间，美国热泵销量翻了一番。 “美国热泵市场似乎已经强大到不再依赖税收抵免的程度，”加州大学伯克利分校能源经济学家卢卡斯·戴维斯在MIT Technology Review的一项新分析中表示。 达到逃逸速度的技术 与电动汽车的对比具有启发性。当2025年9月7500美元的电动汽车税收抵免结束时，销量断崖式下跌，之后才开始缓慢恢复正常。相比之下，热泵几乎未受影响。 分析师表示，这种差异反映了该技术本身的内在价值。热泵利用电力来转移热量，而非通过燃烧燃料来产生热量，这一过程的效率即使是最好的燃气炉也望尘莫及，是其两到四倍。仅较低的运营成本就足以证明前期投资的合理性，即使没有补贴也是如此。 “税收抵免并非推广的主要驱动力，”凯西·克朗哈特为MIT Technology Review报道指出。热泵市场似乎已经跨越了一个门槛，技术本身就能卖得动。 全球趋势 美国的模式反映了更广泛的全球普及趋势。国际能源署报告称，中国和德国也出现了强劲的热泵增长，这得益于监管、天然气价格上涨以及消费者意识提高的共同推动。 在美国，2022年的《通胀削减法案》将2000美元的税收抵免作为建筑电气化更广泛举措的一部分。建筑物直接占美国温室气体排放量的约13%（如果计入间接电力排放则更多），这使得热泵的采用成为脱碳的重要杠杆。 数据说明什么 美国热泵出货量在过去15年间翻了一番。自2022年以来，它们每年都超过燃气炉销量。税收抵免后的平稳期和逐步上升是最强烈的信号，表明该技术已不再依赖联邦激励措施。 “新技术的推广很少有一条笔直的道路，”克朗哈特指出，但热泵似乎正在克服其剩余的障碍：前期成本、安装人员的可用性以及寒冷天气下的性能（现代寒冷气候热泵在冰点以下仍能保持效率）。 MIT Technology Review曾在2024年将热泵评为突破性技术，这一称号现在看来颇具先见之明。该技术在联邦支持撤回后的韧性表明，美国的热泵转型不再是一场政策驱动的实验，而是一个市场驱动的现实。 来源： 1. Crownhart, C. “Why heat pumps are still so hot in the US.” MIT Technology Review（2026年7月16日）.https://www.technologyreview.com/2026/07/16/1140505/heat-pump-sales-us/ 2. Davis, L. “Will U.S. Households Still Buy Heat Pumps Without a Tax Credit?” Energy Institute at […]

所有传统光学滤波器的工作原理相同：让特定波长的光通过，阻挡其他波长的光，利用材料的吸收或干涉特性。滤色片、偏振片和二向色镜都依赖于光作为单个光子时的行为。 但光具有仅在集体层面才显现的特性。来自激光的光子流与热源发射的光子流表现不同,,不是在颜色或亮度上，而是在光子如何聚集上。激光光子以随机间隔到达（一种称为二阶相干性 g⁽²⁾(0) = 1 的特性），而热光显示出光子聚束（g⁽²⁾(0) = 2），某些量子源中甚至出现更强的相关性。这些差异编码了光的量子统计特性，而在此之前，没有材料能够区分它们。 由 Chao You 领导的团队改变了这一点。在《自然》杂志上，他们介绍了量子统计等离子体超晶体,,一种纳米结构金表面，能够根据光的 g⁽²⁾(0) 值而非波长进行过滤。该工作附有伦敦国王学院 Sebastian Golat 的新闻与观点文章，他称这是首次展示能够操控光集体量子特性的材料。 作为量子筛的超晶体 该器件由 100 个金纳米天线（每个 200×400 纳米）组成，排列在玻璃上的 110 纳米金膜上，间距为 1 微米，并配有耦合输入光栅。该结构支持表面等离子体共振,,集体电子振荡,,其相邻纳米天线之间的近场相互作用产生依赖于入射光子相关性的干涉图案。 关键见解借鉴自固体物理学：正如半导体具有禁止某些电子能量的电子带隙一样，等离子体超晶体为特定 g⁽²⁾(0) 值创建了禁止统计带。量子统计落在允许带内的光基本不变地通过。落在禁止带内的光被过滤,,其相干性向最近允许状态偏移。 Golat 在随附的新闻与观点文章中指出，该概念在 2018 年由 Mouloudakis 和 Lambropoulos 在理论上进行了预测（《物理评论 A》，第 97 卷，053413），但 You 的团队提供了首次实验实现。 观察滤波器的工作 团队用 13 种不同的多光子源测试了超晶体，覆盖从相干（g⁽²⁾(0) = 1）到超热（g⁽²⁾(0) = 3）的范围，这些光源通过将 780 纳米连续波激光聚焦在旋转毛玻璃上并在不同位置收集散射光而产生。 结果与理论预测相符： 相干光（g⁽²⁾(0) […]

全球粮食系统陷入一个悖论：它为不断增长的人口生产了足够的卡路里，但却贡献了约三分之一的温室气体排放，导致森林砍伐，并使世界一半以上的人口无法负担或获得健康饮食。当前粮食生产的隐性成本估计每年达10至20万亿美元，这一数字包括环境破坏、生物多样性丧失和饮食相关疾病。 由吉布森及其同事领导的国际建模团队在《自然》杂志上发表的一项新研究，探讨了如果世界认真着手改变方向，实际会发生什么。他们的答案来自一个由10个模型组成的集合，即全面转型将从根本上重构全球农业，打破土地用途、畜牧生产和排放方面的历史趋势。 情景设定 该研究模拟了一个建立在三大支柱上的”转型后粮食系统”：普遍采用EAT-柳叶刀2.0参考饮食（以植物为主的饮食模式，强调蔬菜、水果、豆类、坚果和全谷物，同时限制红肉、糖和饱和脂肪）；农业生产力持续提高；以及粮食损失和浪费减少50%。 这个名为EL2的情景通过10个全球经济和生物物理模型运行，包括MAgPIE、GLOBIOM、IMAGE和AIM，每个模型对土地生产力、贸易反应和消费者行为都有不同的假设。这种集合方法旨在捕获一系列可能的结果，而非单一预测。 模型发现 结果在规模和方向上均令人瞩目。在EL2情景下，到2050年： 农业用地减少2.74亿公顷，这是2000多年来的最大绝对降幅，全球农田将回到约1970年代的水平。 反刍动物肉类产量下降53%（模型间范围：77%至15%），反刍动物总数降至1996年水平，比2020年减少4亿头。 非反刍动物肉类（禽肉、猪肉）下降14%。 乳制品产量下降27%，但由于产量提高，奶牛数量仅下降3%。 谷物和糖料作物产量分别下降23%和34%。 蔬菜、水果、坚果和豆类平均增长23%，但各模型间的范围很广（从下降45%到增长53%），反映了生产系统转型速度的不确定性。 农业非二氧化碳温室气体排放量比基线情景低34%，比2020年水平低20%，相当于减少12亿吨二氧化碳当量。 农业产出价值的结构性变化更为显著。在转型情景下，畜牧业占农业总价值的份额从36%（基线情景）下降到20%，而蔬菜、水果、坚果和豆类部门从34%上升到58%。反刍动物肉类的价值下降了81%，为1961年以来的最低水平。 地区赢家与输家 模型预测在全球范围内并不均匀。在EL2情景下，撒哈拉以南非洲的农业产出价值增长了60%，主要受蔬菜、水果、坚果和豆类需求增加以及生产力提高的推动。印度的价值增长了40%。 相比之下，中国和巴西分别大幅下降42%和35%，反映了它们作为世界最大动物饲料生产国和牲畜出口国的角色。欧洲和美国提高了反刍动物出口在生产中的份额，而南美和中美洲的出口份额则有所下降。 与历史的决裂 作者强调，最引人注目的发现是，这一转型将打破数十年来的稳定历史趋势。农业用地在一些地区一直在逐步减少，但EL2情景下2.74亿公顷的减少在现代是无与伦比的。牧场缩减的速度约为2000年至2020年期间观察到的2.5倍。 作者指出，这种规模的转型将需要全球粮食系统中养殖动物角色的范式转变。它也将产生新的挑战：目前约65%的放牧土地不适合农作物生产，可能会被废弃，这引发了关于农村生计、土地管理和生态系统恢复的问题。 局限与不确定性 这项研究是情景分析，而非预测。它假设饮食偏好的转变是无成本的，模型没有考虑行为惯性、文化抵制或行业反对。作者承认，将数亿人转向不同饮食的真正挑战，特别是在超加工产品主导的饮食环境中，是一个重大障碍。 当前粮食系统每年10至20万亿美元的隐性成本估算来自EAT-柳叶刀2.0委员会（《柳叶刀》，2025年），包括饮食相关疾病的健康成本、环境破坏和生物多样性损失。《自然》杂志的研究模拟了生产侧的转型，但并未独立估算这些协同效益。 两种情景下的农业就业人数中位数下降28%，但构成发生了变化：EL2情景下作物部门的就业比基线情景高17%，而畜牧业的就业则低36%。作者提醒，支持转型工人和社区的政策至关重要。 来源： 1. Gibson, M. et al. “Food systems transformation would reshape global agriculture.” Nature (2026). DOI：10.1038/s41586-026-10775-2 2. EAT-Lancet 2.0 Commission. The Lancet 406(10512), 1625–1700 (2025). DOI：10.1016/S0140-6736(25)01201-201201-2) 婷 翻译