相空间

f

feedsky的挑战赛终于结束了，在这里总结一下三十天的战果。

相比于另一个每日主题的大项，我觉得参加固定话题的比赛还是一个很明智的决定，至少我不用因为不得不面对那些每隔三五天就冒出来的广告软文烦恼。更重要的是在一个固定话题之下，我还可以有自己的发挥余地，说自己想说的故事。

三十天的比赛，三十个故事，被我划分在四个话题之下。

系列一：照片背后的鸟儿

也许和国人提龙佳鸟的休闲方式有关，鸟类在各种野生动物中是我们接触最多，也是了解最详细的一种，这一个系列的故事，是围绕鸟类展开的，也是内容最丰富的一个系列。

第一天：第一天

第二天：灰山椒鸟的故事

第三天：鸳鸯一家

第四天：兰兰

第五天：野鸭湖

第六天：皂儿(上)

第七天：皂儿(下)

第八天：八哥的家族史

第九天：城市里的精灵

系列二：照片背后的宝物

文 物是最可讲故事的事物之一。身在北京，故宫博物院、国家博物馆、首都博物馆等等高水平的博物馆为我提供了丰富的素材，但是等到写起故事来，却发现，早先拍 摄的博物馆图片远远不符使用，那些有故事的藏品，比如李莲英的翠扳指，宣德款洒蓝大钵，司母戊大方鼎，我都没有拍下足够精美的照片，所以这个系列的故事只 好稍稍缩水了。

第一天：班簋

第二天：佛祖蒙难记

第三天：海云禅师

第四天：景德街牌坊

第五天：太监唾宰相

第六天：伟大的长征

系列三：照片背后的诸神

北 京曾经有过“一步三座庙”的说法，足见得这是一座宗教气氛浓郁的古城。但奇特的是，这座古城里，古今中外各种宗教杂糅共处，都留下了自己的遗迹。因为是讲 故事，我没有去触及那些人所共知的宗教场所，而是选择了一些隐藏在街头巷尾不为人所熟识的场所，讲述一些被人们有意或者无意遗忘的历史。

第一天：青砖灰瓦小教堂

第二天：五彩佛教旗

第三天：何必马革裹尸还

第四天：文庙故事

第五天：清风亦识字

第六天：佛门清净之地

第七天：大隐于市

第八天：两岸纪念堂

系列四：照片背后的赛先生

科学并不总是板着严肃的面孔，科学的故事——不是科学家的故事，那其实更有意思——往往也是很有意思的，写一些赛先生的故事其实不难，倒是这照片让我费了一番心思，最终不得不使用了好几副别人拍摄的作品，无论如何，还是把故事讲下来了。

第一天：正负电子对撞机(上)

第二天：正负电子对撞机(下)

第三天：蛋白质风波

第四天：核磁共振

第五天：古瓷传说

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！

比赛最终定格在此，欢迎投票

今天的照片又不是一张普通的照片，至于照片是如何拍摄的，后面再讲，先讲故事。

话说一个世纪之前，1900年前后，经典物理学的大厦几乎已告竣工，但是人们对微观物质世界的认识仍然非常模糊，虽则知道分子是构成物质的单元，却并不知道构成分子的本质是什么。那时候，唯能论与原子论的学术之战正如火如荼。

终结这场战争的是一系列实验，这些实验证明了原子是一种客观实在，是构成分子的基本部件。但是新的问题又产生了，原子是什么样子的。1911年，当辛亥革 命的炮声击碎了统治中国四百年的满清王朝的同时，卢瑟福的阿尔法粒子散射实验也击碎了汤姆逊关于原子的枣糕模型，进而诞生了电子与原子核组成的太阳系模 型。而这小小的太阳系模型，也敲碎了经典物理学大厦的第一块砖。

为了解决太阳系模型的连续辐射问题，波尔引入了普朗克提出的量子模型，量子理论开始在物理学世界中大行其道。1923年，德布罗意发表了他关于物质波的论文，基本粒子的波动性的事实为人们所认识。

1926年，在一次学术报告之后，物理化学家德拜要求薛定谔介绍德布罗意关于物质波的理论，薛定谔作出简单介绍之后，德拜说，这样的描述还太粗糙，我们需要一个确定的波动方程来认真讨论波动的问题。一年之后，薛定谔告诉德拜：“你要的方程，我找到了”

这就是主宰二十世纪物理学的薛定谔方程，在这个方程里，波函数成为描述粒子状态最重要的工具。可是究竟什么是波函数呢？

从经典物理学里确定的运动轨迹，到量子物理学里一个不明其义的波函数，这是一个巨大的跳跃，也是对人们直观经验的一次重大挑战。

一代又一代物理学家为波函数提供了各种各样直观的解释供人们理解，其中也包括薛定谔本人，但对于我们这些局外人来说，几率密度波仍然是一个难于理解的解释。直到我们今天讲述的照片问世，关于波函数，才有了一个直观可见的解说。

这幅照片是crommie1993年发表的一项工作。在高度光洁的单晶铜表面，蒸镀一层铁原子，这层铁原子构成了一层平展如镜的电子表面。而后把48个铁 原子一个个挪到这层镜面表面，形成一个完美的圆形围栏。这些铁原子围栏，就变成阻拦圈内电子运动的“势阱”墙壁，解二维圆势阱薛定谔方程，可以得到势阱内 波函数，取其平方便是势阱内电子分布密度。

一根探针从铁原子围栏上空以固定高度掠过，细微的电流会在两者之间通过，而电流的大小正比于探针与铁原子围栏表面的距离。探针逐行掠过铁原子围栏的表面， 每一点细微的电流变化都被记录下来，科学家就像盲人摸索盲文一样读出了铁原子围栏里的一切。今天这幅照片便是这样摸出来的。

铁原子围栏里面的晶体表面电子呈现出优美的波纹，而这波纹的分布，与二维圆势阱薛定谔方程所决定的电子密度分布吻合得严丝合缝。

看！这，就是波函数！

今天的故事就是这些，欢迎投票

第一天：正负电子对撞机(上)

第二天：正负电子对撞机(下)

第三天：蛋白质风波

第四天：核磁共振

第五天：古瓷传说

第六天：为人类献身

当年在校园的正中间，有一座高耸的烟囱，这里曾经是整个学校的制高点。可不要以为这是锅炉房或是茶炉房的大烟囱，在烟囱下的小房子门口，赫然写着“焚尸炉”三个字。这里是整个学校实验动物的归宿地。

作为一个医学院校，全校每天进行的教学实验和科研实验，总会产生不少的实验动物尸体，这座焚尸炉就是这些实验动物尸体无害化处理的场所，每次大烟囱里冒出屡屡青烟，那便是焚尸炉开始工作了，又有不知多少实验动物经由这里飞升而去。

那时我们在进行一个蛋白类药物的研究工作。神经生长因子，是人体内源性的一种蛋白质，可以刺激神经元的增殖与发育，在正常人体内都有分泌。作为药物，神经 生长因子被用于老年性痴呆的治疗——外源性的神经生长因子被注入体内，刺激患者神经元的增长，从而延缓病情进展。无奈神经生长因子是一种蛋白质，外源性蛋 白进入体内会遭到降解不说，更关键的是，好大个头的蛋白质不仅不可能通过消化道吸收，甚至无法从血液穿透血脑屏障进入中枢神经系统，因此使用这种药物的患 者必须定期进行脊髓穿刺，把药液直接注入脑脊液，这无疑是危险而痛苦的。我们的工作就是为神经生长因子包裹一个类似细胞膜的外壳，再在外壳表面修饰上能够 打开血脑屏障大门的钥匙，这样便可以通过静脉注射的方式给药了。

那些大鼠便是因此而死的。按照实验方案，我们制备了足够量标记了的神经生长因子制剂，经大鼠尾静脉注射给药之后，要考察药物在大鼠体内分布状况随时间的变 化。我们首先关注的是脑子，尤其是脑内负责学习记忆的区域神经生长因子的分布状况，同时我们还要关注内脏：有多少药物被脾、肝等内脏截留——小小的一瓶神 经生长因子生产成本便有数万元，都被内脏截留了可不是什么划算的买卖。更重要的是，考察所有这些数据都要排除血液中含有的药物干扰，毕竟药物要离开血管进 入脑内才能够发生作用。

为了满足上面的条件，那些大鼠死得都很痛苦，为了排除血液的干扰，给药一定时间之后，我们便用蠕动泵经颈总动脉向循环系统中注入生理盐水，同时剪开股静脉 放血。股静脉流出浓浓的血液，渐渐变成淡红的血水，最终流出无色的生理盐水，而大鼠的嘴唇脚爪和眼睛里渐渐退去血色，变做了无生气的苍白。从鼠板上取下苍 白的尸体，冰冷而柔软，打开腹腔看到的是苍白的内脏；打开颅骨看到的是没有血丝的苍白的鼠脑，所有这些都被作为标本取样、称量，在铝箔纸包裹下冷冻封存， 而后匀浆离心，经过电泳分离定量测定其中的神经生长因子含量。

整个实验设计包含了多种处方组成，还要有不同时间点的取样、对照实验，近千只大鼠共同完成了实验。这些大鼠都是经过长期选育的纯系实验动物，他们具有几乎 完全相同的基因组，从一出生便生活在受控环境中，为的就是给人类的试验提供一个尽可能平行的环境。在理论方法已经可以模拟核试爆的今天，我们仍不能理性地 模拟生命过程，物理学家薛定谔说，我们还缺乏一个进化算符来描述生命过程。在这样的现实下，实验动物们的地位便显得尤其重要和不可替代，他们是为人类的试 验而生，又为人类的试验而死，直到为我们留下珍贵的试验数据之后才化作焚尸炉里一缕青烟随风而去。

今天的故事就是这些，欢迎投票

其他故事：

第一天：正负电子对撞机(上)

第二天：正负电子对撞机(下)

第三天：蛋白质风波

第四天：核磁共振

第五天：古瓷传说

第七天：看，波函数！

故事得从头说起。那时他还是一坨黏黏白白的泥巴，与伙伴们不分彼此地躺在地下不深的地方，他已经沉睡了很久很久，直到有一天他被人惊醒了，他的故事才开始。

惊醒他的是一群挽着发髻的人，这些人打着赤膊，用木锨把他和伙伴们一锨一锨铲进背篓，背回工场。在工场里泥巴们被清洗搅拌沉淀锤炼，又经过拉坯风干彩绘上 釉，最终被送进暖暖的炉膛，添了柴禾，封好窑口，大火便熊熊燃起。这时候，我们故事的主人公已经变成一尊方方的枕头，哔啵作响的柴火让他感到，自己的命运 就要发生不可逆转的转变。

他的感觉是对的，在火光里，他从瓷土变成了瓷器，从人们的脚下之物变成了手中之物。但是他没有注意到，伴随这炉火的炙烤，伴随着身体里微妙的变化，一道裂纹也在他的身上慢慢延伸，等到半个月后，窑工重新扒开窑口的时候，他已经碎成两半躺在地下了。

烧好的同伴被运走，而他却被窑工撇进了碎瓷堆中。慢慢地在他身上又堆积起厚厚的一层碎瓷，再后来窑里的火熄灭了，窑工四散走了，他们也被历史的尘埃深深地埋在了地下，一睡又是几百年。

当他醒来的时候，一支毛刷正在轻轻地刷去他身上的泥土，而后他被编号，收藏在标本箱中。一路旅途劳顿之后他来到了一间实验室。

在实验室里，我们故事的主角经历了拍照称重和一系列其他必要的预处理，随即被送进了一间人们叫做中子源的大房子里。护送他的人们离开之后，一个放射源从地 下冒出来。在射线的照射之下，一股不可抑制的感觉在他体内涌动，他身体里每一个原子核都跃动着发出自己的声音，小宇宙要爆发了。这种兴奋的状态保持了好 久，他甚至兴奋得不知道人们是什么时候把他从中子源里取出来的，也不知道人们把他取出来之后还紧张忙碌地进行了许多的测定，他更不知道，他已经兴奋地把家 族的秘密全都告诉了人类。

中国历史上制造陶瓷器的窑口有很多很多，所有的窑口都有自己固定的取土矿址，有自己独特甚至是秘密的烧制工艺，所有这些因素便决定了每一处窑口出产的瓷 器，必定有其独特的元素构成，这独特的元素构成就像人类的遗传密码一样，标识出每一个窑口的家族特征。伪造文物者，可以模仿古物的器形纹饰，制造历史痕 迹，却绝不可能调配出与真正的古物一模一样的元素组成。因此认识了文物的这种家族特征，便可以科学定量地判断陶瓷文物的真伪，也能为疑难出土文物的“血 统”鉴定提供有力的佐证。

从窑口原址出土的古瓷碎片便是最好的实验样本，科学家们把这些样本放入中子源活化，样本中所含有的核素产生受激辐射，捕捉并识别不同元素的辐射信号便可以 定量测定某一个窑口在某一个历史时期烧制产品的家族特征，系统测定了全国各地各时期窑口的样本之后，一条由核分析技术搭建的丈量文物的尺子便初具其形了。 以后再有什么文物需要鉴定，只经过中子源活化，记录下它的受激辐射，便可以无损地获得文物的元素组成。将测定的元素组成与标准样品对照，文物的身世之谜就 大白于天下了。

兴奋过后，一切重归平静，我们故事的主人公现在静静地躺在实验室的仓库中，不过说不定，未来的什么时候，科学家们会再次叫醒他，去尝试另一种新的冒险。

今天的故事就是这些，欢迎投票

其他故事：

第一天：正负电子对撞机(上)

第二天：正负电子对撞机(下)

第三天：蛋白质风波

第四天：核磁共振

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！

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

其他故事：

第一天：正负电子对撞机(上)

第二天：正负电子对撞机(下)

第三天：蛋白质风波

第五天：古瓷身世

第六天：为人类献身

第七天：看，波函数！