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科学家大摆乌龙遭吐槽 (“砷基生命”vs中微子超光速实验): 热度 3 lindasmile 2012-8-2 19:42; 2012年6月，现于加利福尼亚州劳伦斯·伯克利国家实验室任职的Felisa Wolfe-Simon在Science发表文章，推翻了自己18个月前同样发表在Science上的研究结果——所谓在其重要生化物质中可用砷代磷而存在的一种细菌——“砷基生命”，并不能脱离磷而存在。事实证明，“砷基生命”事件与之前掀起全球舆论风暴的“中微子超光速”实验一样，都是科学家自摆乌龙而已。急于发布与传统科学认知完全相悖的“革命性”重大研究结果，之后又自我推翻，科学家们难免被质疑急功近利，欠缺严谨的科学精神。 “砷基生命”未能打破生命法则 2010年，Felisa Wolfe-Simon率领一个研究小组在Science报告称，在一种盐单胞菌GFAJ-1的细胞中，由砷取代磷成为了其构成元素。实验发现，这种细菌在砷溶液中仍能维持一定的生长速度。众所周知，生命依赖于六大基本元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫。磷元素在细胞中起着极为重要的作用，包括维持DNA和RNA的构架、参与形成细胞膜等。砷和磷有一些类似的化学性质，但这种元素对于生命而言通常都是有毒的，因此它能够维持生命的假说立即引发一场巨大风暴。此后，这一发现让Wolfe-Simon列入《时代》周刊美国年度最重要百人榜单，但科学界同行大多表示质疑。《科技导报》2011年第1期“科技事件”栏目亦曾撰文指出，实验结果有待进一步观察，“砷基生命”不宜过分炒作。 18个月后，事件出现戏剧性变化。Wolfe-Simon本人在Science再次发表文章，推翻了之前的实验结果。Science同时刊登了其他科学家的佐证文章。加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的微生物学家Rosie Redfield及其团队报告称无法在实验室环境下重复Wolfe-Simon的发现——尽管这种细菌能够耐受砷，但它们还是依赖于磷。瑞士苏黎世市联邦理工学院的微生物学家Julia Vorholt及其同事也报告称，这种GFAJ-1细菌无法在含砷酸盐的无磷培养基中生长，其新陈代谢仍然需要磷，但它能够在含砷酸盐的低磷环境中生长。 Vorholt补充说，Wolfe-Simon的研究团队一开始用来进行试验的样本显然比最初的想象含有更多的磷浓聚物。最终结论是，Science杂志在一份声明中表示：新研究显示，GFAJ-1并没有打破长久以来的生命法则，与Wolfe-Simon及其团队给出的数据解读恰好相反。 Wolfe-Simon本人则辩称：无论如何，我们的数据指出了非常少量的砷酸盐可能被结合到细胞和生物分子中去，从而帮助细胞在高砷和低磷的环境中生存下来。 “中微子超光速”误差源令人跌镜 2012年3月底，意大利格兰萨索国家实验室下属OPERA实验小组两名负责“中微子超光速实验”的领导者引咎辞职。这标志着此前占据全球各大媒体科学版头条长达半年之久的“中微子超光速”乌龙事件接近尾声。 2011年9月，OPERA实验小组宣布，该小组实验装置接收了来自欧洲核子研究中心（CERN）的中微子，两地相距730公里，中微子“跑”过这段距离的时间比光速快了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）。这个结论一旦成立，将撼动整个物理学的基础。实验组的发言人、瑞士伯尔尼大学的Antonio Ereditato（后引咎辞职）说，他和同事被这一结果震惊了，他们随后反复观测到这个现象1.6万次，并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响，认为这个观测结果站得住脚，决定将其公开。这项发现太过匪夷所思，显然难以令科学界信服。紧接着，2011年10月份重复实验，经测定，再次发现中微子速度比光速快了60纳秒。科学家们此次重复了20次，统计结果与此前非常一致。重复实验还消除了9月实验中被集中指出的一个可能误差源：CERN用10.5微秒（百万分之一秒）的脉冲质子束射击来产生中微子，这个时间相对速度而言太慢，误差可能太多；重复实验中，CERN把这个时间控制在3纳秒，比前次实验脉冲时间快了3000倍。但结果还是一样。这当然还不够。持怀疑态度的科学家们指出，同一个团队做出的实验可信度不够高，必须由其他团队做出独立验证才行。此时，实力雄厚的费米实验室决定对这项实验进行检验，但估计最早在2014年才能取得结果。没等费米实验室最终主持公道，转机发生了。同样位于意大利的大萨索山的一个叫做“伊卡洛斯”（ICARUS）的项目在2011年10月和11月间探测到了来自CERN的中微子，而且精度更高。ICARUS项目发言人Carlo Rubbia说：“爱因斯坦如果活着，我们的结果将会与他给出的结果一致。”在他们的实验中，中微子的速度与光速接近，但并没有超过光速。最后令人跌破眼镜的是，误差被锁定在两点：一个是连接GPS接收器和电脑之间的光缆松了（已被欧洲核子研究中心证实）；另一个是用于将OPERA的探测器时间与GPS进行同步的一个振荡器可能存在误差。搞出如此乌龙事件的科学家们或引咎辞职或尴尬收场。对于“砷基生命”事件，加拿大微生物学家Redfield吐槽称，Wolfe-Simon团队急于发表这样的观点让她难以理解——难道是他们想急于加快美国航天局寻找外星生命的脚步？而在“中微子超光速”乌龙事件结束后，仍有许多揶揄科学家的笑话被编排流传出来。 “现在回头看2010年12月，Wolfe-Simon当时效力的NASA专门为其召开新闻发布会，对媒体宣称‘砷基生命’将是一项改变生物学教科书的颠覆性发现，是多么的讽刺。”国内一位不愿透露姓名的科学家告诉《科技导报》，从真理到谬误只有一步之遥，科学家们在科学飞速发展的竞争时代，已出现为争取更多科研经费而增加舆论关注度的炒作趋势，但是面对重大的、颠覆性的新发现，还是应该保留严谨的科学精神更好些。■; 个人分类: 专业文章|4703 次阅读|2 个评论

物理学家好样的！: 热度 61 xcfcn 2012-2-24 11:46; 物理学家好样的！中微子超光速被物理学家自己找到问题后，没有押错宝的物理学家暗爽，有人则直骂什么“ GPS 导致的 2011 年最大的科学丑闻”。有人更扯“物理学家这帮二货”。说实话，我是很钦佩物理学家的。人家一开始就说了实验结果不太可能，只是还没有找到原因，所以必须向同行报告而不是隐瞒实验结果。更关键的是，最后查出失误的也是人家物理学家自己，物理学家真是好样的！可是化学家就不太靠谱了！八十年代末，化学家（其中一个还是英国皇家学会的院士，FRS）开新闻记者会报料说发现了“冷核聚变”！当时举世沸腾！科研界、新闻界、工业界、政界热闹着呢！大家都想这样能源问题就由此可以彻底解决了！但是，世上还有冷静者，那就是物理学家。人家 APS（美国物理学会）立马组织专家讨论，觉得这个东西不满足基本的物理规律，不建议国家专项经费支持。可是，化学家到现在还嘴硬，一直到现在还有一帮人在搞“ cold fusion（冷核聚变） ”这一最大的民科（说得好听一点就是像中医一样的“原科学”）。不过，不要笑话化学家，生物学家更不靠谱。去年 NASA 搞天体生物学（ astrobiology ）的在science上报了一个猛料——就是“砷基生命”（而我们已知的地球生命（ Life as we know it ）都是“磷基生命”，砷与磷同族）。一下子也是举世沸腾！但是这次轮到化学家冷静了。化学家一眼就看出这个不符合化学基本规律，根本不靠谱，后来 science 又刊登了七八个 comment ，都是质疑的，可是那个作者还是嘴硬！顺便说一句，爆出“砷基生命”简直就是“偶然中的必然”。因为 NASA 现在的工作重心就是寻找地外生命，所以总是在猜想是不是地外生命跟我们的地球生命有点不一样呢？（ Life as we don’t know it ），所以砷基生命可谓应运而生！真是“人造砷基生命”啊！：）所以，谁也别笑话谁。但总的来说，还是物理学家靠谱一点，因为他们最接近硬科学（还原科学），错了就是错了。不像化学和生命科学比较软（涌现科学），总是存在模糊地带。但是到最后还是得物理学家出来帮助擦 / 打屁股！顺便说一句，上面三个例子都是挑战已有的基本共识而未成功的经典案例！共识就是用来挑战的嘛，所以总体来说，是好事不是坏事！再顺便说一句，有的人会说，现在看来这么简单的问题为什么当时就没有搞明白啊。说这话的显然没有做过大型复杂实验。大型复杂实验影响实验成功的环节太多了，有时候你觉得哪里都没问题了，可是就是得不到实验数据。而且你还一下子找不到原因，这样你必须一个一个环节死扣！最后发现魔鬼居然藏在一个很不显眼的地方，比如这次失误。 PS:我不是搞物理的，而是搞化学而且偏生物。所以没有学科偏见。我的反思：网络使人粗鄙; 个人分类: 杂论|8806 次阅读|100 个评论

沈惠川： // 我的世界线：相对论之评论“中微子超光速”: 热度 5 ShenHuiChuan 2012-1-1 09:16; 沈惠川： // 我的世界线：相对论之评论“中微子超光速” 对“中微子超光速”“实验”的评论自 2011 年 9 月 24 日以来，有一条所谓“中微子超光速”“实验”的消息在网上疯传。有些“民科”像过节一样兴高采烈，甚至有人写出了“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”这样的诗句。更有甚者，竟有“民科”对 Einstein 无端谩骂，说 Einstein 是“历史上最蠢的人”。真不知这些“民科”有什么可兴高采烈的！外国的“民科”热衷于反进化论，中国的“民科”则热衷于反相对论。他们认为，所谓“中微子超光速”的“实验”否定了狭义相对论，进而也否定了广义相对论。（顺便提及：声名狼藉的“反相对论”教授黄志洵那几天也发表了一篇题名为“欧洲科学家的超光速实验和中国科学家的责任”的狗屁洋文，得意忘形溢于言表，并到处散发、动员众“民科”传播。）一．所谓“中微子超光速”的“实验” 所谓“中微子超光速”的“实验”指的是，从 CERN （欧洲核子中心）地下 55m 处发射出中微子 300GeV 的中微子束，穿过阿尔卑斯山的地下隧道，到达意大利罗马附近深 140m（又说是1400m）的 LNGS （国家核物理研究所）。在大约 730 公里长的距离处，测量到中微子比光速快了 60ns 进入探测器。实验的误差约为 10 纳秒。一般来说，粒子物理中的新现象达到 4 倍标准偏差即可确认，而这个结果达到了 6 倍，即可能性为 99.9999998% 。测量结果表明， OPERA 观测到的中微子，其飞行速度比光速快 10 万分之 2.48 。发表这一“戏剧”性结果的 OPERA 实验，全称是 Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus （采用乳胶径迹装置的（中微子）振荡项目），由位于意大利 Gran Sasso 国家实验室作出。 OPERA 实验探测来自欧洲核子研究中心 CERN 的中微子，其物理目标是直接寻找从缪中微子到陶中微子的振荡。 9 月 22 日，《 Nature 》、《 Science 》等重要的科学新闻网站就报道了这一新闻。 23 日， OPERA 实验将正式的论文挂到了 arXiv.org 的预印本库上。预印本库中论文的题目是“ MeasurementoftheneutrinovelocitywiththeOPERA detector ”，作者共 174 人，来自大小诸国。(在第二次实验中，新增了9个作者，同时也少了4个原作者。说明原来不肯签字的15个人中有9个投降了。原来署名的作者中有4个害怕了。 )在大国中，有法，意，日，德，俄，没有美，英，中。于是这个新闻消息让这两天物理学界小小地沸腾了一下。当然不乏大量的批评者，也有少数的 dreamer 在憧憬超越相对论的可能性。这“少数的 dreamer ”的理论物理学家发文章的速度真是比中微子还快。据中国科学家李淼说， “ 理论物理学家平时闲着无聊，一旦有实验，只要不是明显错，就能给出很多不同解释。这帮人是世上最聪明最无聊的人。 ” 在 9 月 27 日一天发布的七篇文章里，有一篇是说第五种作用力，有一点五篇涉及到额外维度，有三篇是认为 Lorentz 对称性破缺，有一篇是用中微子超光速来解释别的观测现象，有一篇是说大气折射率；等等，等等。二．关于中微子的科普材料关于中微子的科普材料如下：在 20 世纪 30 年代，科学家发现原子核在衰变前后的能量不一致。于是物理学家 Pauli 对此提出假设，说是有一种粒子 “窃走了”能量。这一假说在 25 年后据说终被“证实”，这个窃走能量的“小偷”就是现在所说的中微子。有人将中微子称做“幽灵粒子”，又有人认为中微子“根本就不存在”。中微子又译作微中子，在“粒子物理”中是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号 ν 表示。中微子不带电，自旋为 1/2 ，质量非常轻（小于电子的百万分之一），以接近光速运动。在“粒子物理”中一般认为，中微子是一种非常小的基本粒子，它广泛存在于宇宙中。中微子可以自由穿过地球，很难与任何物质发生作用，难以捕捉和探测，被称为宇宙间的“隐身人”。曾有科学家打比方说：“即便用我们整个太阳系那么大的一块铅，也不可能把一个宇宙中微子拦下。” 理论物理学家认为，在自然界里，中微子产生于太阳内的放射性衰变过程或者宇宙射线中，它可以揭示宇宙质量及浩瀚太空中各种星体的许多奥秘。这种粒子与宇宙发展和所谓“暗物质”的存在可能有直接关系，有希望成为人类打开新物理学之门的钥匙。除理论研究外，中微子的特性还有可能被应用于通讯、地球断层扫描等领域。人类对中微子所知甚少，对中微子的许多物理学参数基本上稀里糊涂。因而，中微子成了近年来物理学研究中的一个热点。 2002 年，美国和日本物理学家因 “ 宇宙中微子探测 ” 方面的成就摘得当年的诺贝尔物理学奖。三．所谓“中微子超光速”“实验”蕴含的几种可能性当所谓“中微子超光速”的“实验”发布后，社会百态显现。经排列组合，比较典型的“分析”是：可能性 1 ：相对论错了，实验也错了。这种情况不在我们的考虑之列。可能性 2 ：实验没有错，相对论也是正确的，那么有以下几种“子可能性”：可能性 2.1 ：中微子的（静）质量为虚数，从而保证中微子可以在“超光速”的情况下其能量 / 动量仍是实数，且中微子不能被减速到光速（及更慢）；可能性 2.2 ：中微子走了额外维度。这种说法有点“玄”。可能性 3 ：实验没有错，相对论错了，这其中仍有几种“子可能性”：可能性 3.1 ：实验没有错，相对性原理正确，但相对论的表述有个小错；即必须将“光速不变”修正为“极限速度不变”，无论光子还是中微子的速度都不能大于这个“极限速度”。因而光子有静止质量，推出光子有真空色散、 Maxwell 方程被普罗卡方程取代。事实是，实验上已经证明光子的静止质量上限大概是 10^(-52)g ，中微子的静止质量上限还要更小，但它们是不是等于 0 很难说；因此这种猜测也可能是有道理的（例如Louis de Broglie 就曾认为“光量子”有微小的静质量）。可能性 3.2 ：实验没有错，相对性原理有大的错误，存在“最优参考系”，但不存在“极限速度”，物质间相互作用的传播速度可以是无穷大。 Lorentz 变换（至少在局域）不成立 / 或者仅仅是观测效果。这样相对论的一系列公式，如 E=mc² ，以及相对论速度相加公式等，就完全失去了合理性（然而这些公式已经被实验多次验证）。这个可能性是所有可能性中最糟糕的一个，是完全颠覆性的，而且很难看出一个这样的理论如何将相对论作为其的一个有效理论推出。（然而必须插一句：若“超光速”只是超出一个“有限值”，则不会构成对相对论的威胁，反而是验证了可能性 3.1 ；只有当“超光速”超出的是“漂移值”时，才构成对相对论的威胁！）可能性 4 ：相对论没有错，实验错了（在“距离”的测量上犯错的可能性比较大）。四 . 关于相对论 1.关于广义相对论无论所谓“中微子超光速”的“实验”是对是错，都与广义相对论无关。广义相对论的“ Einstein 场方程”等号右边的“能量－动量张量”前有一个系数，此系数与“光速”的 4 次方成反比。看上去似乎与“光速”有关，但实际上此系数是对比“ Newton 万有引力公式”得到的(一个比例系数)，而与广义相对论的基本思维方式（度规＝引力）无关。只要“ Newton 万有引力公式”不变，此系数也不变。如果此系数要变，则“ Newton 万有引力公式”也要变！广义相对论是人类最高智慧的产物，物理学中没有任何第二种理论可以比美广义相对论！在所谓“中微子超光速”的“实验”发布后，没有人质疑广义相对论。 2.关于狭义相对论狭义相对论的主要思想是规范两个在以恒速作相对运动的参考系中生活的人之间的逻辑关系。这种逻辑关系是完全正确的、毋庸置疑的。在推导狭义相对论的物理学结论之前，不错，是引入了两个前提条件，即“相对性原理”和“光速不变原理”。 Einstein 曾经与 Kurt Godel （ 1906 － 1978 ）讨论过“相对论逻辑推理所需的最少条件”的问题； Godel 和 Einstein 都同意“相对论逻辑推理所需的最少条件”必须有两个，但是否是“光速不变原理”则不一定。在广义相对论的推导过程中，就用“质量等效原理”（引力质量与惯性质量等效）代替了“光速不变原理”（与此同时，推广了“相对性原理”）；但是在狭义相对论中就无法用“质量等效原理”代替“光速不变原理”，因为狭义相对论属于运动学。在中国，数学家华罗庚曾经设想在推导狭义相对论时，去掉“光速不变原理”这一条件，但经过物理学家的仔细审核，发现华罗庚在不经意中引入了另一个假设条件。可以看出，“光速不变原理”确实在逻辑推理上不太强势（以至于 Einstein 想换掉它），但也不是不能替代。所以，用所谓“中微子超光速”的“实验”来否定狭义相对论完全没有道理。只有外行和笨伯才会对相对论的主要思想说三道四。五．结论对比一下关于相对论的讨论与几种典型的“分析”“可能性”，就可以得到结论：要么是实验错了（这种可能性很大），要么将“光速不变原理”换用其他条件来代替（例如可能性 3.1 或更好的方案）。可能性 2.1 和可能性 2.2 不是好的选择。人们为何对“实验”的“测量结果”普遍不大信任？这是因为人们在 A. Aspect 为验证 J. S. Bell 的“不等式”（它实际上与 EPR 思想实验相去甚远）所进行的实验中被“忽悠”记忆犹新的缘故！ Einstein本人就从未被一些所谓“实验结果”所左右。附录1：新实验证实中微子未超光速爱因斯坦相对论正确新浪科技讯北京时间3月19日消息，据国外媒体报道，爱因斯坦可以安心了，因为之前有关中微子超光速的消息根据最新的实验结果显示并不成立，也就是说光速仍旧是不可超越的。这样一条结果也平息了之前对于这一消息的诸多争论。　　去年9月份，意大利OPERA实验小组的科学家们发表结果称他们的实验显示中微子的速度似乎超过了光速。这一结果就像一枚重磅炸弹震惊了科学界，因为光速不可超越的理论是现代物理学中非常重要的一条基础，超光速的消息是违背爱因斯坦狭义相对论的。　　诺贝尔物理学奖获得者卡罗·鲁宾(Carlo Rubbia)表示，他的名为ICARUS的小组实施了一项相似的实验来捕获来自欧洲核子中心(CERN)的中微子，并在意大利境内的探测器上进行观察。他说：“这是一项再直接不过的实验，非常清楚。结果是令人信服的，它告诉我们OPERA的实验哪里出了问题。” 　　爱因斯坦的狭义相对论是现代物理学的基础理论之一，它指出真空中的光速约为每秒299792公里，这一速度值是一个极限，任何物质无法超越。这一速度极限被应用于几乎所有方面，从估算宇宙的大小和年龄，到计算黑洞的半径，再到计算核电站的发电能力等等。　　就在上个月，对于OPERA实验的质疑声出现一次高潮，当时科学家们宣称他们的实验设备中存在一些技术故障，这种故障可能对他们的实验结果产生了影响。安东尼奥·艾里迪塔托(Antonio Ereditato)是OPERA小组的成员，也是位于瑞士伯尔尼的爱因斯坦基础物理研究中心主任。他表示自己对最新的实验结果表示欢迎，他说：“这一(否定的)结果在我们预期之内，也证实了我们之前有关设备可能存在故障的说法。”当被问及自己是否对此次并没有出现超光速现象的结果感到失望时，安东尼奥说：“这就是科学进步的方式。重要的是全球的科学事业确实取得了进展。” 　　 ICARUS小组的此次实验结果是计划将于今年4月份或5月份正式启动的一项延续时间更长的实验的测试运行。而OPERA实验组本身也正筹划着在排除所有技术故障之后再次进行验证性实验。　　欧洲核子中心(CERN)研究主管赛吉尔·波特鲁西(Sergio Bertolucci)在一份声明中表示：“现有证据开始表明OPERA的实验结果是不正确的。然而不管结果如何，OPERA小组完成了一次完美的科学实验，并将他们额实验结果公诸于众，接受最严苛的审查，并欢迎其它科学家对此进行独立测量。” 　　经过ICARUS小组确认，正如爱因斯坦曾经在100多年前预言的那样，中微子的运行速度并未超过光速。鲁宾说：“爱因斯坦仍然是正确的，对此我并没有什么不快。” 附录2：中微子超光速实验两位领导者辞职据《自然》和《科学》网站报道，在中微子超光速实验发现有两处错误一个月之后，意大利OPERA团队的两位领导者Antonio Ereditato和Dario Autiero在3月29日的“不信任投票”后宣布辞职。 Autiero说，他对多达170人的OPERA团队内部的巨大分歧忧虑已久，希望通过更换领导来加强团结。Ereditato则在电话采访中表示“没有什么好说的”。去年9月，OPERA团队发现中微子从瑞士日内瓦的CERN实验室传播到意大利拉魁拉Gran Sasso实验室时，比光速快了60纳秒。但是随后的调查发现，这个结果可能是由于电缆和计时装置的一些错误导致的。 Ereditato是瑞士伯尔尼大学小组领导者，Autiero是法国里昂大学小组领导人。在过去6个月里，他们一直是中微子超光速实验的对外负责人。其他同事对他们处理事情的方式不满，导致16个小组领导人发起了针对他们的不信任投票。（科学网任春晓/编译）附录3：科学家撤销中微子超光速实验结果意大利格兰萨索国家实验室下属“奥佩拉（OPERA）”实验小组6月8日宣布，5月刚刚进行的验证实验未发现中微子运行速度与光速存在差距，因此撤销去年公布的“中微子运行速度超过光速”的实验结果。实验小组当天在正于日本京都市举行的第25届中微子物理学和天体物理学国际会议上宣布了上述决定。在去年9月进行的一项实验中，“奥佩拉”小组的实验装置接收了来自欧洲核子研究中心的中微子，两地相距730公里。结果显示，中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒（1纳秒等于10亿分之一秒）。这个结果动摇了爱因斯坦相对论的基石，因此广受关注。但此后研究人员发现实验装置存在光缆连接问题，测量结果可能存在误差。为此，在修复实验装置的故障之后，研究小组于今年5月重新进行了验证实验。在当天的会议上，来自欧洲核子研究中心等机构的多个研究小组也公布了实验结果，都宣布中微子速度与光速没有明显差距。; 个人分类: 相对论|4189 次阅读|11 个评论

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