相空间

今天的照片和昨天的一样，也不是用普通的相机就能够拍摄的照片。故事还得从头说起。

说的是原子核。物质世界由分子构成，分子由原子构成，原子中间躺着小小的原子核，说的就是这个小小的原子核。话说原子核里还有更精细的结构，带正电的质子，混杂着电中型的中子，他们紧紧地聚集在一起，构成小小的原子核。

质子带电，原子核一旋转起来，其中的质子就也跟着绕圈子，形成了一圈小小的环形电流，就是这一圈小小的环形电流，产生了磁矩，把小小的原子核变成了一根小小的磁铁，故事便由这小小的磁铁而起。

原子核的转动就像陀螺，外力作用之下，在自转之余，旋转轴本身也会发生转动。导致原子核发生这种运动的是磁场，随着外界磁场的变化，原子核自旋轴的方向会转动，这种转动就是所谓的进动。进动有能量也有频率，于是这种运动便可以被人们探测。这种探测方式叫做核磁共振。

今天的照片便是这样拍摄的。人体内60%都是水，而水分子中氢原子的原子核便是核磁共振最理想的探测目标之一，把人体推入一个强大的磁场，在磁场的作用下 氢原子们频频向探测仪器点头致意，用他们进动的频率发出信号：“快看，我们在这呢！”灵敏的仪器捕捉到氢原子的信号，从而获悉他们存在的位置，有些地方， 比如骨骼，水很少，氢原子也少，氢原子们发出的信号也就弱；另一些位置，比如软组织，水比较多，氢原子也多，氢原子的信号便也随之很强。这下好了，氢原子 们把人体内最隐秘的秘密暴露在光天化日之下，骨骼、肌肉、韧带、关节腔一目了然，这就是今天在这幅特殊照片的拍摄方法。

这就是核磁共振成像的故事。

今天的故事就是这些，欢迎投票

注：今日图片遵循GFDL和CC-BY-SA-2.5协议发布，原作者分别为wikimedia commons用scuba-limp和KasugaHuang

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第一天：正负电子对撞机(上)

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第五天：古瓷身世

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！

今天讲蛋白质的故事。今天的照片不是我拍摄的，也不是我们通常所见的照片。

拍摄蛋白质的照片，好费好一番周折。首先，要让蛋白质的分子像军队一样排成整齐的方队，也就是形成晶体。晶体形成之后，用一束光——当然不是普通的光线， 去照射蛋白质的晶体。照射的结果，是光线在蛋白质分子的共同作用之下发生了衍射。科学家读取衍射之后的光线数据，根据公式计算，算出电子的三维分布图。显 然，在碳氧氮硫这些原子所在的位置，电子的密度也会很高，根据电子的分布图，蛋白质分子里面原子的分布图便可以绘制出来，这就是蛋白质的照片了。

今天故事里的蛋白质就是这样照相的。它的名字叫做蛋白酶抵抗蛋白(prp)，平时，这种蛋白是左边那张照片的样子。照片里红色的圈圈叫做法尔发螺旋，绿色 的箭头叫做贝塔折叠，都是在蛋白质结构里经常出现的。左边的照片里，红色的螺旋占据主导地位，几乎看不到绿色的折叠，这种样子的prp可以溶解在体液之 中。

但是，prp并不总是这样老老实实，有时候，他会摇身一变，变成右边照片里的样子。在这张照片里，prp的模样发生了很大变化，红色的圈圈少了，绿色的箭 头多了。但事情不止于此，原本溶解在体液中，可以自由游荡的prp，变身之后，性情也发生了变化，他们开始扎堆儿了。他们聚集在一处，逐渐析出不溶物。更 可怕的事情还更不止于此，“变身蛋白”析出的不溶物那叫蒸不烂、煮不熟、捶不扁、炒不爆、整个响当当一粒铜豌豆——蛋白酶都水解不了他们，活脱脱一坨一坨 淀粉一样的东西沉积在脑部，他们在神经元里面越聚越多，最终破坏了脑细胞。一个个脑细胞被变身蛋白占据破坏之后，人的脑子也坏掉了。

这就是克雅二氏症，他还有一个响当当的混名叫做疯牛病。除了疯牛病，还有不少同类疾病也是类似机理，比如库鲁病、GSS综合症、致死性家族性失眠症、羊瘙痒症等等。

这些大名鼎鼎，人人闻之色变的疾病，归结到微观世界，却不过是一个小小的蛋白质稍一变身而已，甚至不过是一个键角些微的变化。这当真是奇妙而残酷的世界。

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其他故事：

第一天：正负电子对撞机(上)

第四天：核磁共振

第五天：古瓷身世

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！

林业总局用钱砸出来的中国首部BBC式的自然类商业纪录片《森林之歌》在央视开播了，果然好评如潮。

看看这评论：

“在传播学意义上，这个片子可能是中国电视史上第一次真正意义的新媒体和传统媒体的媒介联动”

“毫不夸张地说，每个镜头都是唯美的”

“频频定格，我就被无数幅惟美的摄影所打动”

看来陈晓卿、张立宪这些响亮的名头、王三表和菜头响亮的推销，再加上片子唯美的画面，为《森林之歌》赢得了不少关注与好评。

可是拍的美就是拍得好吗？

看看《森林之歌》官方博客上刊载的拍摄过程：

制片主任到现场时，孟晓程已经为拍黑鹳守候了十几天。这几年黑鹳已经越来越少，他们在沙漠里找了个遍，只找到两三窝。前两窝很快被人的动静吓跑了，他们只 好选了另一对正在孵蛋的黑鹳，心想父母总不会丢下孩子跑吧。外教尼尔教过他们，拍摄鸟类时要有耐心，要用一周甚至更多时间，把掩体渐渐靠近。拍摄的截止日 迫在眉睫，孟晓程心急，连夜就在鸟巢十几米外搭上了掩体。第二天两只大鸟就被吓走了，第三天，四只小鸟已经破壳，孟晓程想多守一天，期待能拍到鸟的一家。 但是制片主任已经不能容忍：“这样拍下去遥遥无期，我现在就可以取消对鸟的拍摄。”
　　摄制组开拔了，大黑鹳却还没有回来。孟晓程夫妇抱走了两只小鸟，放在库尔勒的老乡家中寄养，这是他们最后一丝拍摄希望。两个月后，他们再次回到这棵胡杨树下，大鸟和另两只小鸟都已不见踪影。

在 京郊房山拒马河沿岸的观鸟活动中我曾经多次见到过黑鹳，黑鹳在北京出现正是越冬的时期，一般来讲这个时期鸟类聚集越冬，处于一种相对不那么机警的状态，对 于人类活动影响的耐受度比起繁殖期来要高。饶是如此，黑鹳仍然算是一种非常机警羞怯的鸟类，过分接近，他们便会一飞冲天。好在黑鹳体型巨大，色彩鲜明，在 望远镜中很容易观测。

就是这样一种机警羞怯的鸟类，就是这样一种国家二级保护动物，就在他们的繁殖期内。拍摄出唯美画面的中国第一部自然类商业纪录片《森林之歌》的摄制组，在仅仅经过十余天的尝试之后，便强行侵入黑鹳繁殖的场所，直接导致黑鹳繁殖失败。

这就是我们拿来与BBC相提并论的的自然类纪录片，不惜以破坏性的手段拍摄出唯美的画面。什么唯美画面，背后根本是赤裸裸的丑恶。

和菜头说“粪坑里也还是有金子的。” 快拉倒吧，什么金子，仔细看看，那是没消化完的黄豆粒儿！不过看起来很像而已。

今天继续讲北京正负电子对撞机的故事。昨天讲到在直线加速器里，电子束轰击了钨靶，产生成对的正负电子，经过200米的直线加速。准备分道扬镳了。

电子和正电子是成对出现的，仿佛是造物主凭空间变出了一个水珠和一个小气泡，巨大的能量会凭空生成一对电子和正电子，他俩就像孪生兄弟，带有相同数量负号 相反的电荷，倘若这对兄弟偶遇，便又会重归于虚无，同时释放出两个光子，在医学检验中用到的PET成像，就是利用了这个原理。

犹如孪生兄弟，却又水火不容的正电子和电子，在直线加速器的末端受到一个分选磁场的作用，电荷符号相反的两兄弟从此分道扬镳，一个向左走，一个向右走，走 进了两条彼此紧贴却又鲜有交叉点的环形轨道。相对于微小的电子，这条环形轨道是如此巨大，周长竟然有240米，这远远大于太阳系相对于我们人类的尺度；而 小小的电子运动速度却又是如此之快，一眨眼间，它就已经在储存环内飞转了千百万圈。

在储存环里，电子不断受到各种磁场的影响，有让他们聚焦的，有让他们转弯的，也有在直线加速器里的老朋友，为他们注入功率的高频腔。为了精确定位，所有这 些产生磁场的磁体设备，都深深地根植于岩层之上。电子束在这些设备的控制之下，有条不紊地流动于真空腔内，这可远胜于北京拥堵得一塌糊涂的各条环线道路。

电子束转啊转，不断的有能量被甩出去，也不断有更多能量注入进来，他们越转越快，直到蓄积了足够的能量时，对撞点两侧的静电分离器关闭，正负电子正面撞得 分身碎骨，这时笼罩在对撞点周围的探测装置——北京谱仪便开始搜集碰撞产生碎片的种种信息。这样的故事，每隔4-6个小时便会再次发生一次，而那些神秘的 基本粒子，就是在这一次次碰撞的过程中，被人类捕捉、识别。

前面提到，电子束在储存环里一圈圈转，不断有能量被甩出去，也不断有能量补充进来，被甩出储存环的能量，也是不可多得的重要资源，这些能量被称为同步辐 射。同步辐射的频谱宽强度大，可以用来从事许多有用的研究。围绕着储存环，有一圈高大宽阔的同步辐射大厅，大厅里一座座同步辐射工作站正在紧张地从事各个 领域的研究。解析蛋白质结构便是同步辐射的一项应用，我们明天再讲蛋白质的故事。

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其他故事

第一天：正负电子对撞机(上)

第三天：蛋白质风波

第四天：核磁共振

第五天：古瓷身世

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！

从今天开始，要讲的是照片背后的科学故事。

第一天先从北京正负电子对撞机讲起。

人类一直以来就对自己不了解的事物特别感兴趣：当人们还不知道脚下的大地是什么样子的时候，就有关于天地的种种猜测；当人们还不知道太阳月亮之外都是什么 的时候，就有关于天上繁星的种种猜测；当人们还不知道太阳系之外还有什么的时候，携带着人类信息的旅行者号就已经升空展开漫长的星际流浪。对微观世界，人 类的好奇心也同样强烈，列文虎克的显微镜让人们认识了构成生命的细胞，隧道扫描显微镜让人们看到了分子和原子的模样，而对撞机，则是人类探索更细微结构的 工具，夸克、轻子之类人们眼里神秘的粒子皆出于此。

走进神秘的北京正负电子对撞机，高大的建筑迷宫一样的通道让人很难想到，如此巨大复杂的仅仅是一架仪器而已。进入电子对撞机，我们的行进路线与电子一样， 首先走进的是直线加速器。我们走在200米长的直线加速器上层，身边是一排绿皮铁柜子，在我们脚下一墙之隔就是电子束高速飞过的管道。绿皮柜子是微波功率 注入装置，强大的能量通过这些甚至有些丑陋的铁柜子注入底下的加速器内，电子束在这能量的驱动下，运行速度不断提高，直到撞上了一块1厘米厚的钨靶。

撞上钨靶的电子束引起了一系列级联反应，生成了许多对正负电子对，正负电子各自在真空的加速管里面飞奔，直到直线加速器的末端，在这里，正负电子分道扬镳了。

正负电子的故事，明天继续

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上一个系列的故事：照片背后的神界

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第二天：正负电子对撞机(下)

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