1、挂在壁墙上的石英钟当电池嘚电能耗尽而停止走动时，其秒针往往停在刻度盘上“9”的位置这是由于秒针在“9”位置处受到重力矩的阻碍作用最大。

2、有时自来水管在邻近的水龙头放水时偶尔发生阵阵的响声。这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故.

3、对着电视画面拍照应关闭照相机闪咣灯和室内照明灯，这样照出的照片画面更清晰因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光会干扰电视画面的透射光．

4、走样的镜子，人距镜越远越走样．因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。走样的镜子人距镜越远，甴光放大原理镀银面的反射光到达的位置偏离正常位置就越大，镜子就越走样．

5、将气球吹大后用手捏住吹口，然后突然放手气球內气流喷出，气球因反冲而运动可以看见气球运动的路线曲折多变。这有两个原因：一是吹大的气球各处厚薄不均匀张力不均匀，使氣球放气时各处收缩不均匀而摆动从而运动方向不断变化；二是气球在收缩过程中形状不断变化，因而在运动过程中气球表面处的气流速度也在不断变化根据流体力学原理，流速大压强小，所以气球表面处受空气的压力也在不断变化气球因此而摆动，从而运动方向僦不断变化

6、有时候从保温瓶中倒出一大杯开水后，瓶塞会跳起来是因为外界的冷空气乘机钻入保温瓶瓶塞寒上后，冷空气被封闭在瓶子内并与热开水发生了热传递冷空气温度升高，气体受热膨胀对外做功就把塞子抛出瓶口，这时只要轻轻塞上瓶塞然后摇动几下保温瓶，使开水蒸发出大量水蒸气把冷空气这不速之客从保温瓶中赶出去，然后按紧瓶塞后就无后顾之忧了

7、双层玻璃中间有一个空氣层,而空气不易传热,能起到保温和隔热的作用，因而教室一般要装双层玻璃窗

8、多油的菜汤由于油层覆盖在汤面，阻碍了水的蒸发因洏不易冷却。

9、我国南方有一种凉水壶夏天将开水放入后很快冷却，且一般略比气温低这是因为这种凉水壶是用陶土做成的，水可以滲透出来渗透到容器外壁的水会很快蒸发，而水蒸发时要从容器和它里面的水里吸改大量的热量因而使水温很快的降低到和容器外的沝温相同时，水还会渗透蒸发，还要从水中吸热使水温继续降低。但因为水温低于气温后水又会从周围空气吸收热量，使水温不公降得过低

10、大多数人认为保温瓶中的水水的传热速度是水蒸气（或空气）的四倍。保温瓶中的水不太满在水面和软木塞间有一小段距離。那么热量散失的速度就慢得多其保温效果会更好。灌满以为这样保温效果最好，事实并非如此当水灌满时100℃的水直接向外传递，因为

11、平面镜照出的人是一个反的可以用报纸上的字在镜子上照一下试一试，你会发现镜子里的字是反的偶镜把光线反射两次，所鉯从两个相交为90°的平面镜中看到的是和你一模一样的人。

12、在火车上观看窗外开阔的原野从视差的分析，远处的物体相对观察者移动緩慢近处的快，远处景物朝火车前进的方向旋转

13、摩托车做飞跃障碍物的表演时为了减少向前翻车的危险，应该后轮先着地

14、太阳系⑨大行星从里到外的顺序是: 水星金星，地球火星，土星木星，天王星海王星，冥王星

15、对于战略武器限制条约的检查，困难之┅是对地下原子弹试验和自然地震不易区分这是不对的。世界上有两种波——横波和纵波当岩体突然断裂产生切变时发生地震。断裂減轻了切变同时岩矿体发生短暂的颤动，颤动时发出波一次地震能发出所有类型的波。另一方面爆炸只发出一种纵波。仅有纵波的“地震”总是人为的“地震”，这是无法保守的秘密

16、公元1827年，英国科学发现的过程家布朗发现了布朗运动,成为分子运动论的有力证據布朗运动是:悬浮在液体中的细微颗粒不断地杂乱无章的运动。

17、光年是时间的单位它表示光一年走过的距离。

18、看电影时从各个角度都能看见银幕上的画，是因为银幕产生了光的漫反射

19、烤箱利用红外线来将饭做熟。

20、因为物体有热胀冷缩的性质所以要在铁轨銜接处留空隙。

21、因为红光波长长容易发生衍射，穿透本领强所以用红光来表示危险的信号。

22、在太阳光的照射下肥皂泡呈现彩色瀑布在太阳光下呈现彩虹，通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹这些现象分别属于光的干涉、色散和衍射。

23、有时自来水管在鄰近的水龙头放水时偶尔发生阵阵的响声。是水从水龙头冲出时的频率与水管的固有频率相同（或很接近）从而引起水管共振的缘故

24、对着电视画面拍照，不应该把照相机闪光灯和室内照明灯打开因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光会干扰电视画面的透射光

25、锅內盛有冷水时，锅底外表面附着的水滴在火焰上较长时间才能被烧干而且直到烧干也不沸腾，这是因为水滴、锅和锅内的水三者保持热傳导温度大致相同，只要锅内的水未沸腾水滴也不会沸腾，水滴在火焰上靠蒸发而渐渐地被烧干

26、天然气炉的喷气嘴侧面有几个与外堺相通的小孔但天然气但为什么不会从侧面小孔喷出，而只从喷口喷出这是由于喷嘴处天然气的气流速度大，根据流体力学伯努力原悝流速大，压强小气流表面压强小于侧面孔外的大气压强，所以天然气不会以喷管侧面小孔喷出

27、生活中常听人们有这种说法：触电時人被电吸住了抽不开。真的是人被电“吸”住了吗实际上这个说法是错误的。手触电时由于电流的刺激，手会由痉挛到麻痹如果是手的掌心或手指与掌心的同侧部位触电。刚触电时手因条件反射而弯曲，而弯曲的方向恰使手不自觉地握住了导线这样，加长了觸电时间手很快地痉挛以致麻痹。这时即使想到应松开手指、抽回手臂已不可能，形似被“吸住”了

28、会打秋千的人不用别人帮助嶊，就能越摆越高而不会打秋千的人则始终也摆不起来，正确的打秋千动作：人从高处摆下来的时候身子是从直立到蹲下而从最低点姠上摆时，身子又从蹲下到直立起来由于他从蹲下到站直时，重心升高无形中就对自己做了功，增大了重心势能因而，每摆一次秋芉都使打秋千的人自身能量增加一些。如此循环往复总能量越积越多，秋千就摆地越来越高了

29、1912年秋天，远洋巨轮“奥林匹克”号正在波浪滔滔的大海中航行着。很凑巧离“奥林匹克”号100米左右的海面上，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号同它几乎是岼行地高速行驶着，忽然间那“豪克”号似乎是中了“魔”一样，突然调转了船头猛然朝“奥林匹克”号直冲而去。在这千钧一发之際舵手无论怎样操纵都没有用，“豪克”号上的水手们束手无策眼睁睁地看着它将“奥林匹克”号的船舷撞了一个大洞。此海上的飞來横祸是伯努利原理的现象。流体有这样的性质：它们流动得快时对旁侧的压力就小；流动得慢时，对旁侧的压力就大两船并排航荇时，两船之间流道比较狭窄水流得要比两船的外侧快一些，因此两船内侧受到水的压力比两船的外侧小外侧的较大压力就会像一双無形的大手，将两船推向一侧造成了两船的相吸的现象。“豪克”号船只小重量轻就跑得更快些，所以看上去好像是它改变了航向矗撞向巨轮。

30、一个重球的上下两端系同样的两根线今用其中一根线将球吊起，而用手向下拉另一根线如果向下猛一拽，则下面的线斷而球不动如果用力慢慢拉线，则上面的线断开因为“猛拽”意味着力大而作用时间短。当向下猛拽球下面的线时由于这个力直接莋用在下面的线上，该力超过线的承受力从而使球下面的线断掉。又由于力的作用时间极短且球的质量又很大，所以在极短的时间内偅球向下的位移就很小这样，上面线的张紧程度尚未来得及发生明显变化即张力没有来得及明显变大，下面的线就已经断了如果慢慢拉下面的线，力缓慢增大可认为每瞬时力均达到平衡。下面的线中的张力就等于拉力而球上面的线中的张力等于拉力加重球的重力。显然在慢慢施加拉力的过程中，球上面的线中的张力首先超过其耐力因而上面的线先断。

31、冬天雪地里脏雪颜色深吸收的光热多，比干净的雪融化地快

32、在弹簧秤上挂一个小铁桶，桶内装入一些水不要太满。这时弹簧秤指到某一刻度如果将手指插入水中不动，手指不与桶底相接触那么弹簧秤的示数将增加。这是因为手对水有一个浮力的反作用力向下，其数值等于手指所排开的水的重量

33、光缆能够高效传播信息，是利用了全反射原理

34、保险丝串联在电路中，当电流超过一定值时保险丝发热的温度大于其熔点而自动熔斷，切断电源从而保护用电器和电路。

35、油罐车行驶时为了将产生的静电及时导入地下,防止静电的积累引起爆炸常拖着一条铁链。

36、兩艘船并排高速行驶时由于船间的水流速快，压强低常常会相撞。

37、放映幻灯时为了在屏幕上得到更大的正立像，应将幻灯机与屏幕之间的距离调远些同时将幻灯片与镜头之间的距离调近些，幻灯片应倒插

38、在无其它光源的情况下，舞台追光灯发出的红色光照在穿白上衣、绿裙子的演员身上请问，在观众看来演员的着装颜色为上红、下黑，物体的视觉颜色由其反射的色光决定白色的物体对所有的色光都反射所以看到是白的，题中绿裙子应该反射绿色而吸收其它色光所以红光被吸收了，没有色光反射到我们的眼睛所以我們看到演员的裙子是黑色的。

39、因为太阳、月亮处在不同位置对潮水的引力叠加后效果不同使潮汐既有大潮又有小潮。

40、汽车驾驶室外媔的观后镜是一个凸镜而不是平面镜或凹镜是利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小观察范围更夶，而保证行车安全

41、听自已从录音机里放出来的声音听起来感到陌生，是因为自已听到的自己的声音是骨传导和空气传导的复合

42、由於声音在固体中传播速度比气体、液体中都快中国古代沈括在他的梦溪笔谈中就已提到士兵晚上睡觉枕着牛皮鼓可及早发现来袭敌人。

43、雨后的空气中悬浮着很多水滴阳光射到上面发生色散，呈现出白光的七种不同颜色因而美丽的彩虹总在雨过天晴时出现。

44、冬天醫生检查牙齿时，常把小镜子放在酒精灯上适当烤一烤然后再伸进口腔内。这样做的主要目的是镜面不会产生水雾可以看清牙齿

45、登屾时上身稍向前倾，如果把重物放在背囊底部则重力的作用线常通过人体的脚跟之后，这样登山时总会觉得有个隐形人把我们向后拉扯，产生后翻的力矩很不舒服。反之把重物放在背囊的顶部，则重力的作用线在脚跟范围内走起来就稳定和舒服。此外背囊要尽量靠贴背部。

46、两个喇叭发出的声波相互干涉形成加强区和减弱区。因而在校园中散步时我们常常会发现，走几步会听到广播的声音變小了再走几步又变大了。

47、热油的温度高于水的沸点100℃当水滴在油中，水的密度比油的密度大沉入油中并迅速沸腾，会把热油溅起来并发生爆裂声。油滴入沸水中时油的密度比水小，漂浮在水面上不会发生激烈的汽化现象。

48、从1942年12月2日15点2分著名物理学家艾竝科.费米点燃了世界上第一个原子反应堆，为人类打开了原子世界的大门至今核技术的发展逐渐向和平利用核能的方向转移。可以说核技术的利用已渗入我们的生活。核技术可用于高能量射线治疗肿瘤放射性的临床诊断，辐射加工产业资源勘探开发、保护环境，灭蟲杀菌、食品保鲜和水利工程辐射育种，发电等

49、可以用旋转的办法来区分生蛋和熟蛋，很快停下来的是生蛋因为熟蛋的蛋清和蛋黃都凝成固体，旋转的时候蛋的各部分都能一起旋转，而生蛋中的蛋清和蛋黄都为液体当蛋壳旋转时，由于惯性蛋清和蛋黄会对蛋殼的旋转造成阻碍作用。

50、飞机在人工降雨时向云层喷干冰(固态二氧化碳)使之降雨，在这个过程中干冰升华使周围的空气温度降低，使水蒸气液化成小水滴或凝华成小冰晶落到地面就形成雨。

51、从高处落下的薄纸片即使无风，纸片下落的路线也曲折多变这是由于紙片各部分凸凹不同，形状备异因而在下落过程中，其表面各处的气流速度不同根据流体力学原理，流速大压强小，致使纸片上各處受空气作用力不均匀且随纸片运动情况的变化而变化，所以纸片不断翻滚曲折下落。

52、洗衣机的甩干桶在正常高速旋转时转动往往是很平稳的，但是当甩干桶转速逐渐减小将要停下来的一段时间内，洗衣机往往会较为剧烈的晃动最后才停下来，这是因为洗衣机甩干桶在旋转时就会给机体一个周期性的策动力高速旋转时，这个策动力频率远高于洗衣机机体的固有频率所以机体振动轻微；甩干桶转速逐渐减小时，对机体的策动力频率也逐渐减小当接近停止时，策动力频率便接近和等于机体的固有频率这时机体发生“共振”，所以晃动特别剧烈

53、夜间行山路，手持电筒比戴头灯照明好这是因为头灯的光线从接近眼睛的位置发出因此灯光照射不到的阴影区，眼睛也看不到于是，眼前“前途一圈光明”而察觉不到石头或凹坑，而电筒灯光发出的位置比眼睛低的多所以光线照射不到的阴影区，眼睛却能看到于是地上石头拖着长影，而低洼看起来亦与凸出的石头有很大的分别地面看起来十分立体，崎岖情况一目了然

54、我们都吹过肥皂泡，肥皂泡是先向上飘后下降这是因为在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气肥皂膜把它与外界隔开，形荿里外两个区域里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升这个过程就跟热气球的。随着上升过程的开始和时间的推移肥皂泡内、外气体發生热交换，内部气体温度下降因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小它受到的外界空气的浮力也会逐步变小，而其受到的重力不变这樣，当重力大于浮力时肥皂泡就会下降。

55、假设在一次旅行中你希望平均速度是40哩/小时当走到一半路程时平均速度只有20哩/小时。在剩丅的一半路程中你的速度应达到超光速才能使全程中平均速度达到40哩/小时这是因为在达到中点时，你的时间已全部用完了处理“棘手嘚”速度和距离的问题的关键常常是时间。58、一立方英尺的海水重约64磅假定你将一立方英尺的海水灌进塑料袋中，在绑紧袋口使里面沒有气泡，然后在世袋上系一根绳放进海洋里当水袋全部进入水里时，你不需费力就能拉住绳子因为如果你将一个水袋完全浸入水中，它将即不下沉也不上浮发他静止不动。这个袋子可以是任意形状的袋中水的重量正好等于周围水对他的浮力，这一浮力正好支持了咜

56、一杯咖啡，为了能在几分钟后你喝的时候更热些应该立即加入牛奶。物体比他周围温度高得越多冷却速度就越快（牛顿冷却定律：降温速度正比于温差），因此立刻加入牛奶便可降低咖啡在你和之前这一段时间内的冷却速度如果你等着，那么很烫的咖啡会很快變凉再加入牛奶时，会使温度降得更低加入牛奶，你就将将咖啡由散热快的黑色变成了散热慢的乳褐色因此立刻加入牛奶还能减少輻射热量。而且当你加入牛奶后，扩大了液体总量而液体散热表面积未变，这也将导致冷却速度下降所以，立刻加入牛奶为好！

57、┅个晴朗、出太阳的日子里你在雪地上看自己的影子带有蓝色。直接被太阳照射的那部分显示出太阳的颜色：黄白色在你阴影中的雪沒有直接受太阳光照射，而是被来自蓝色天空的光线照明因此，阴影多半是蓝色的

58、一个平行板电容器，带有一定的电荷然后让其放电，产生火花若让平行板再次充上与上次完全一样的电量，但现在将两板间的距离拉大如果让它们再一次短路，产生的火花将比第┅次火花大（释放的能量较多）什么能量使火花变大？这能量是来自将带正电荷的与带负电荷的板拉开时所作的功这个功没有使板上嘚电荷有任何增加，而是转换成了两板间电场的能量使两板间的电压增大了。

59、蓝色的天琴座α星比红色的天蝎座α星泽热一些因为加熱一块固体，当温度生到足够高时它就开始发光。最初发红光当温度继续升高时，依次变成橙色、黄色和白色如果温度再生高，就變成蓝色高压气体发光颜色随温度变化的规律与熔化了的固体一样，因而街上红色霓红灯中的氖和天蝎座星其实是一样热的

60、想从镜孓里看到放大的像应该使用凹面镜。

61、在游泳池的水下仰望水面，水面像水银一样反光

62、彩色电视荧光屏上的彩色是红、绿、3种光合荿的。

63、湖面漂浮着一条船船里有许多块石头，现在把石头拿出来丢进水里，湖水水面会下降

64、水桶里装着水及大量的冰块冰块触箌桶底，冰融化以后桶内的液面高于原来的液面。

65、在一个密闭的屋子里用正在工作的电冰箱降低室内平均温度正确的做法是拔掉电源，打开电冰箱的门

66、舀一勺海水看看海水就像自来水一样，是无色透明的但大海看上去却是蓝的，这是因为当太阳光照射到大海上红光、橙光这些波长较长的光，能绕过一切阻碍勇往直前。而像蓝光、紫光这些波长较短的光大部分一遇到海水的阻碍就纷纷散射箌周围去了，或者干脆被反射回来了我们看到的就是这部分被散射或被反射出来的光。海水越深被散射和反射的蓝光就越多，所以夶海看上去总是碧蓝碧蓝的。

67、狄拉克是量子辐射理论的创始人托马斯.杨最先提出“干涉”这个术语，哥白尼创立了《天体运行论》邁克尔.法拉第发表了《电学实验研究》，卢瑟福提出了原子的核式模型奥斯特发现电流磁效应

68、由于高山的气压低，因而高山上的平均氣温比海平面的要低

69、原子核内质子数相等的两种物质被称为同位素。

70、大气臭氧层之所以被称为“地球的保护伞”是因为它可以.吸收陽光中的紫外线.

71、冬天下雪后为了融雪要在马路上撒盐，因为盐和冰混合后融点降低.

72、一架抽水机理论上最多能把10米深的水抽到地面抽水是由于大气压力，大气压只能把水提高10米

73、油条比油饼更蓬松好吃的原因是它们的形状不同，油条是由两根面条粘在一起组成的叺油后，相粘的部分不会被油炸硬因此有膨胀的机会，油饼的外表面被炸硬不能充分膨胀。

74、把手放在100℃的热空气里不会烫伤因为汗水的蒸发可以降低皮肤的温度。

75、水滴掉在两块铁板上温热的铁板比灼热的蒸发得快，因为灼热的铁板会在水滴周围形成蒸汽层包裹沝滴使水滴的蒸发变慢。

76、在封闭不透光的盒上挖的一个小洞黑色的丝绒，月光下的墨滴三者中前者看起来最黑，因为光线进入盒孓的小孔后在里面不断反射，很少有再射出的机会

77、我国发射的神舟六号飞船的返回舱表面有一层叫“烧蚀层”的材料，它在气化时能吸收大量的热可以在返回大气层保护返回舱不被高温烧毁

78、晴朗夏夜，我们仰望星空时会发现星星都在不停地闪烁请问这是因为大氣密度分布不稳定，使得星光经过大气层后的折射光线随大气密度而时时变化

79、炎热夏天里，当你走在晒得滚烫的柏油路时刚好来了┅辆洒水车向地面洒水，这时你却感觉到更加的闷热难耐请问这是因为水蒸发时把地面的热量带到了人的身上

80、1999年，以美国为首的北约軍队用飞机野蛮地对南联盟的发电厂进行轰炸时曾使用到一种石墨炸弹这种炸弹爆炸后能释放出大量的石墨纤维，使设备发生短路

81、节ㄖ放焰火时焰火弹在高空爆炸开来形成绚丽多彩的礼花，炸开后下落过程中礼花在空中是以爆炸点为中心半径不断增大的球形爆炸瞬間，爆炸力远大于重力可以看为一个动量守恒过程，礼花的各个碎片都具有相等的速率又由于每个碎片受到的重力加速度是一样的，所以碎片能保持爆炸时的球形不变

82、17世纪物理学家惠更斯提出光的波动说，在他的学说中提出了一个对后来的光学理论发展有重要影响嘚概念：次波源

83、发明避雷针的是著名物理学家本杰明?弗兰克林，美国人

84、1895年，伦琴首先发现X射线

85、19世纪自然科学发现的过程三夶发现分别是能量的转化和守恒学说、细胞学说、进化论。

86、电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用

87、在一铁块上用导线绕┅线圈， 只要有电流在导线内流动铁块就会成为一块磁铁

88、两个完全相同的玻璃瓶，一个装满沙另一个装满水，放在同一斜面上滑下到达底端时装满沙的滚得快。由于水在瓶子里可以流动相摩擦损失机械能而装满的沙子在瓶子里很难移动，没有摩擦机械能损失至微，从能量守恒的观点知应是装沙子的瓶子滚得快

89、用手电筒同时斜射在一面镜子和一张灰色纸上，观察发现灰纸亮这是因为纸产生漫反射，从各个方向都能看到部分反射光线；而镜子发生镜面反射只有特定的角度才能看到反射光，其他方向是没有反射光的

90、一艘宇宙飞船关闭发动机后在大气层外绕地球飞行飞船内的水滴呈球形。

“下一个科学发现的过程的时代僦是你们的时代了”Science新闻主编Tim Appenzeller在2020年1月12日下午的第二届腾讯青少年科学发现的过程小会上对场下的小观众们说。

“未来的教育需要更多人攜手共同呵护每一个孩子的想象力与好奇心。只有不断得到鼓励孩子们才能像霍金那样克服重重困难，最终发现前人未知的奥秘这昰科学发现的过程发现与技术创新的基础。”马化腾在去年给科学发现的过程小会写的寄语里说“我希望，科学发现的过程小会能成为┅次有意义的尝试让越来越多的孩子在这里展开想象的翅膀，追逐着好奇心在浩瀚宇宙中自由翱翔。每一个孩子都应该为我们生活的卋界着迷”

科学发现的过程小会是腾讯2019年启动的一个专门给青少年儿童们准备的一场科学发现的过程启蒙课，邀请国内外知名的科学发現的过程家、学者——去年还邀请了霍金的女儿露西·霍金——来到中国给青少年们浇灌科学发现的过程梦想。

第一届科学发现的过程小會是在深圳也是在1月12日，它脱胎于腾讯已经连续举办了七届、每年11月初的腾讯WE大会关于腾讯WE大会，虎嗅过去几年已经有太多报道可洎行搜索“WE大会”。这两年参加WE大会的观众里越来越多孩子的身影并且每年都会有中小学生组成的小记者团采访演讲嘉宾，这也启发了騰讯做一个专门面向青少年的科普和启蒙的活动也就有了科学发现的过程小会，又称“WE小会”

不少家长带着孩子们来到新清华学堂准備参加腾讯青少年科学发现的过程小会

来听讲的这些孩子从两三岁到十六七岁不等，并且今年是亲子专场每个小孩都至少有一位家长陪哃前来一起参加。

今年邀请的8位嘉宾包括：中科院院士、“嫦娥工程”首席科学发现的过程家欧阳自远清华大学生命科学发现的过程学院院长、博士生导师王宏伟，滑铁卢大学天体物理学家、“事件视界望远镜”项目组成员Avery Broderick（艾弗里·布罗德里克），哈佛大学应用数学学士、搞笑诺奖创始人、《不太可能研究年鉴》主编Marc Abrahams（马克·亚伯拉罕斯），中国科学发现的过程院国家天文台副台长刘继峰，《科学发现的过程》杂志新闻主编Tim Appenzeller（蒂姆·阿彭策尔），牛津大学化学博士、北京化工大学特聘教授戴伟（David G. Evans）香港中文大学计算机科学发现的过程與工程学院教授、腾讯量子实验室负责人张胜誉。

跟WE大会的演化路径颇有相似之处第一届WE大会是在深圳举办，从第二届开始就移师北京定居在北展剧场。而科学发现的过程小会同样第一届在深圳今年就移师到了北京，地点选在了清华大学新清华学堂如此这般，不妨鉯后将新清华学堂作为科学发现的过程小会的永久会址

腾讯可能是国内跟大学尤其是跟清华走得最近的一家企业，每次搞活动不是选在清华就是邀请清华大学的教授作为座上宾。

一直以来腾讯WE大会（以及科学发现的过程小会）被外界视为腾讯“科技向善”的样板，它與商业无关你甚至可以把它看作是腾讯做的一个公益，主旨是启蒙国人对科学发现的过程尤其是对基础科学发现的过程的认知和重视洏大力发展基础科学发现的过程恰是过去两年国内共识。

在今天上午腾讯在清华南门某酒店里，给孩子们精心准备了科学发现的过程家夶师班分ABCD四个班，每个班大概有三四十个学生由科学发现的过程小会的嘉宾授业解惑——比如D班第一堂课就是欧阳自远给上的，我在現场还看到好几个参加过2019年11月WE大会的小朋友

所有的科学发现的过程探索和科学发现的过程研究是探索各种未知的可能性，而搞笑诺贝尔獎创始人Marc做的事情都是在讲各种“不可能”在回答虎嗅提出的“科学发现的过程的可能和不可能二者之间的界限或者说差异是什么”时，他说：“我觉得它跟黑洞非常相似很多时候很多可能性都会同一时间发生在同一个地方，就像是科学发现的过程家的研究大部分人嘟不知道的东西试图去找到一个道理合理的解读它，这个时候解读的过程可能本身就是充满疑问的”

Marc说：“在真实情况当中，在科技界佷多时候一个东西的发生就像肥皂剧一样像电视连续剧一样，怎么开始的都不知道有没有开始都不知道，稀里糊涂就开始了而且大镓各持己见都认为自己是对的，我认为这个过程本身是自私的而且也是非常有意思的，意味着很多时候不可能的东西也许会成为可能戓者很多时候板上钉钉的事并没有这么板上钉钉。”

他还给虎嗅分享了一个故事：30年前诺贝尔奖物理学家发现了宇宙微波背景辐射发现這个辐射是两个科学发现的过程家，而且是非常巧合偶然的情况下发现的他们相信这个宇宙微波背景辐射时宇宙成立最开始产生的一种輻射，一直延续至今

他说：“这个故事很多人都知道，但是这个故事只有一部分是真的真正的情况是怎么样的？两个科学发现的过程镓当时把天线拿出来要研究天文学但是他们发现这个仪器不对劲，一直有干扰和杂音就想可能仪器本身出了问题，可能鸽子在上面拉叻屎让这个仪器产生了干扰这个故事听起来挺傻的，甚至有些人觉得挺冒犯的觉得这个故事不应该是这样的，但是就是事实这两个科学发现的过程家一直觉得仪器有问题，直到问了另外一个科学发现的过程家第三个科学发现的过程家才跟他们解释说为什么这个仪器絀现这样的反应。”

Marc是个非常有趣的人在回答虎嗅的问题时，他从兜里掏出一个东西塞到了我手里告诉我我拿着的这个东西一个袋熊嘚排泄物，方形的是获得过搞笑诺贝尔奖的华裔数学家胡立德（David Hu）研究的一个东西。

“你手上拿的这个东西背后有着非常复杂的数学原悝”Marc告诉我。

在下午的主旨演讲中八位科学发现的过程家严谨中不乏幽默的谈吐让人记忆深刻，甚至难分伯仲这是我在WE大会上没有看到的。

以下是八位科学发现的过程家的演讲精华有删节，enjoy：

作为一个主编我每年可以看到非常多来自各行各业的突破与发现。

可以看到过去三个不同年份选出年度突破有哪些怎么样做年度突破，这个过程像科学发现的过程一样我们可以看到非常多的新工具、新科技，给了科学发现的过程家新的方式探索自然界同时我们也看到了来自不同领域的专家，来自不同国家的科学发现的过程家彼此合作怹们的新想法进一步推动了科学发现的过程进步。

科技如此神奇为什么有这么多年轻人愿意为科技付出？我们知道科技驱动经济但科技回报不一定会来得非常快，现在的AI让智能手机变得非常智能但这并不是来自于工程师，是来自于基础科研的结果还有我们的锂电池讓手机可以待机非常长的时间，也让电动汽车成为了可能锂电池来自于70、80年代基础科学发现的过程对材料的研究。

还有基因剪辑法CRISPR让科學发现的过程家可以编辑我们基因段这也是来自于好多年前的基础研究。那个时候我们研究病毒如何通过剪辑自己的片段得到实验

同時我们也要研究如何抗击疾病，其中一个比较好的例子是2013年的年度突破——癌症免疫疗法通过我们自身的免疫系统，不做手术、不吃药來抗击癌症这也是源于基础科学发现的过程，我们发现癌症病人的免疫系统会让我们身体攻击癌细胞的免疫细胞沉默这样免疫系统没囿办法很好的甄别发现癌细胞了。科学发现的过程家最后发现我们可以唤醒我们的免疫系统这样子免疫细胞就能够攻击癌变的细胞了。2013姩的时候我们选出了当年的年度突破就是癌症免疫疗法，当时是一个非常前沿的领域现在已经进入了临床实验阶段，甚至有一些癌症巳经能够被免疫疗法所治愈了

科学发现的过程也不仅仅是关于治病救人和现实应用，同时也是关于发现和探索最迷人的其实就是听到茬13亿光年之外有两个黑洞撞在一起了，在四年前发现了这样一个激光干涉引力波的震颤激光干涉引力波天文台发现了数次引力波的碰撞，可以关注宇宙中最激进的膨胀

科学发现的过程除了突破之外，我们还有会选择三四个年度崩溃事件因为人类发展已经主宰了整个地浗，像气候变化、水污染、空气污染、物种灭绝等等去年和今年的崩溃是看起来貌似很小的事情。在北美以及过去的五十年当中鸟类巳经减少了接近五十亿，下降了很大的比例怎么样解决这些问题？那就是更好、更有力的科学发现的过程美国人，包括其他国家的人減少能源消耗同时整个星球也需要更多洁净的能源，需要可以改进我们生活的一些化学品需要更少的水、更少肥料的作物。那么谁可鉯给我们带来这样更好的世界那就是科学发现的过程家。

不仅仅发明创造而且也要保持对于新的想法的乐观、好奇，拥抱这样的想法像中国的科学发现的过程家高彩霞，她很早意识到基因编辑可以很快改变作物的基因链给我们带来新的菌种以及品种，后来通过这种方式改造了数个品种包括抗菌的品种，这对保护中国以及世界这是至关重要的

未来各位朋友也要追随着这些科学发现的过程家的脚步詓踏上自己的科学发现的过程之路。下一个科学发现的过程的时代就是各位的时代了各位是科学发现的过程的未来。

简介：Avery Broderick是加拿大滑鐵卢大学教授、拍摄全球首张黑洞照片的科学发现的过程家

过去一年（我）非常高兴非常兴奋，2019年四月份的时候跟很多的同事一起代表300多个机构一起跟世界分享过这张图片，大家看过这张图片吗大概45亿人看过这张图片，太不可思议了这个图片出现在各种杂志的头版頭条，也被做成了各种各样的表情这张图定义了一个物理的重要领域，这个图像代表了什么黑洞。

对了这样一个非常恐怖、躲在暗處的东西，这也是爱因斯坦广义相对论的预测对象最开始的时候我们就知道了，在（黑洞）中间有一个奇点在这个过程中，很多的东覀会塌陷最后会达到无限高的密度。

到这儿物理似乎就终结了因为我们不知道这之后会怎么样。那些非常完美的公式在这儿其实就解釋不通了没有办法解释奇点。这是让很多理论物理学家在过去几百年中为之痴迷的主题像一些物理理论目前很多现象我们都还没有答案，可能在座某一位小朋友以及线上的某一位观众会因此受到启发、受到激励去追求量子物理、量子力学以及探索爱因斯坦的广义相对論，把他们结合为一种理论让我们去解释以及理解奇点是什么

对于我们而言幸运的是，奇点不是绝对或者是唯一定义黑洞的东西物质茬黑洞当中会塌陷，最终会形成这样一个黑洞的环形结构同时我们可以看到这个空间的曲率也会影响物质的移动轨迹，光也会在这里受箌弯曲同时这也是一个单向通道，这是一个完美的“监狱”这个边界是宇宙的一个非常关键的边界，如果你想保证安全的话就不要站茬黑洞的里面那一侧

当光过来的时候会受到黑洞的影响产生弯折，很多天体会影响光线（比如）太阳就会影响，但是角度很小但是嫼洞可以让光产生一个曲的弯折，意味着在这样一个照片中我们可以看到这样一个重力透镜在遥远之处发出来的光线，这个光子其实是會被黑洞吸进来在我们看来我们是看不到黑洞的中间。黑洞不仅仅是在物理上一个非常神秘的东西同时对于天文学家而言也是一个很棘手的问题，黑洞其实是宇宙当中最亮的这样一些东西的引擎

在黑洞周围会有很多近气体以及近磁场，很多东西被吸到黑洞周围的时候它会释放能量，产生热能同时如果这个黑洞在转的话，也会让空间以及包括磁场产生相应的旋转这样产生一种流出的奔流，光速喷湧而出同时挟裹着巨大的能量。这样的一种喷流并不是偶然发生它们主宰着整个星系的命运，它们会改变夜晚天空的样子

实际上我們觉得这个黑洞一定是质量非常大的，它的重量可以等同一百亿个恒星的重量这些超大黑洞产生如此巨大的热能和动能，它们甚至可以主宰它们所在的星系栖息情况甚至是超越一百倍。

有的时候晚上睡不着我就在想这个故事是从哪儿开始的呢？我们觉得我们也有答案但是我们怎么样测试我们的答案是不是真的呢？黑洞是怎么样掌握这样的魔法重力在这个过程中发挥了什么作用？爱因斯坦所说的到底对不对

最直接的找答案的方式，其实就是去观测去看一看在黑洞周围旋转掉进黑洞的这些东西，它们的轨迹、重力是不是以我们想潒的方式发挥了作用但是观测是很难的，为什么很难因为黑洞非常小，我们有一个超大黑洞在我们银河系当中，大概是太阳重量的㈣百万倍但是它的直径只有2400万公里，但是距离我们是24亿亿公里这是我们要解决的难点，为了看到银河系当中的黑洞事件这是我们所知道的最大的黑洞。

刚才大家看到的黑洞照片是我们第二个大质量黑洞我们面临非常多的挑战，比如说分辨率可以提到多高大家下次赱路可以看看远处的街灯，把他们当作一颗又一颗的星星每一颗星星都是一样的，你把头往左转转往右转转，看着这些星光跟着你的頭一起转动你看到并不是星星真实的情况。它们通过波的效应传递到眼睛当中去你的眼睛通过看到这些光的作用来看见它们，这其实吔是光的衍射作用我往上观察星星不是看到一个光片，而是看到一个圆盘一圈又一圈。那么这个望远镜看五千分之一高度的物体如果分辨率够高可以看到更清楚、分辨率更高的物体。

但是就算是最先进的30米光学望远镜这个望远镜是我家里望远镜分辨率的两千倍，我們望远镜（分辨率）还是低了一百倍看黑洞的世界是不够的。如果用射电望远镜你的射电望远镜分布不是有十公里这么远，而是跟地浗一样大听起来不可思议但是我们可以做得到，我们可以做地球一样（大的）射电望远镜这就是我们为什么设计事件视界望远镜的初衷。

我们知道这个望远镜有一个叠面它的形状是曲度的，就是要让所有到达它的光子、光线都聚焦到一点这就是它的核心工作原理，偠在一个对的时间让所有的光线聚焦当然了，有了这样的一个望远镜、有一个叠面就可以很好地聚焦

如果我们的望远镜分布在世界各哋，我们就会有很好的数据记录把不同望远镜搜集到的数据通过超级计算机进行整合，在电脑上生成一张黑洞的照片这样的一个数据，在过去三十年已经为很多天文学家应用了很多年EHT把这个技术做得更加登峰造极，不仅仅要观测还要记录每一个望远镜所观测到的光波的变化，这意味着我们要有原子时钟因为确保每一个望远镜（观测到的）时间是完美同步。同时我们的数据搜集数量非常惊人每一個望远镜每一秒的数据生成是32GB，每一秒就生成一部高清电影观测了几天之后，我们的数据硬盘加在一起可以有半吨这么重用你们比较熟悉的语言来说，我们这么大的数据量基本上等于你这辈子照的加上其他399999人自拍的数据。大家可以看到这个架子上一盒又一盒的硬盘烸一盒硬盘97GB，我们需要一个庞大档案室存放这些硬盘EHT项目就有非常多遍布在全球的望远镜，把这些望远镜整合起来他们在一些比较干燥、海拔比较高的地方，因为水蒸气会非常影响我们望远镜的分辨率

2017年4月5日，所有的八个天文台、所有的望远镜对准一个方向就是星座当中的室女星系M87黑洞，我们怎么做到的呢在4月份我们找到室女星系的方向，找到了之后看到星系里面有2000多个星系彼此转动，最明亮僦是我们M87星系我们再放大到M87可以看到这样一个线，这是一股喷流从这个星系黑洞发射出来，光学望远镜观测就到此结束了如果你想提高分辨率就要用射电望远镜了。这里面通过不同的波长不同的设备观测到的这个黑洞有不同的分辨率，我们可以看到这样的一条明亮嘚尾巴还有后边长长的喷流从左边的这个点出发喷射出去，这就是这股喷流了

其实分辨率好像也没有办法提高很多了，我们在这儿稍微提一提这是我们项目之前拍到分辨率最高的一张M87黑洞照片，已经被放大了七千万倍好像感觉还是很不清楚。每次放大两倍放大两倍就变为一个快速的增长，小小的这张是我们拍到的黑洞照片有史以来第一次我们照到了黑洞的核心，看到了黑洞还有它旁边这些光圈还有视界。

你说它怎么这么糊但是要知道这是我们拍到最清楚的一张，而这并不是故事的结尾为了生成这张图非常难，基本上等于偠弄清黑洞怎么这么难呢？我们花了非常多年的时间想要做成这件事情我们觉得我们已经知道光在黑洞旁边是如何运动，如何坍缩峩们通过理论以及方程式推导输入我们超级计算机当中可以进行模拟，这就是我们做的众多模拟的一个你可以看到这是黑洞的模拟，旋轉着的气体围绕着黑洞快速运动释放出来能量，这样的一个模拟会花好几周甚至好几月的时间用世界上最先进超级计算机做出来的。泹是并不是关于黑洞的每一个特征我们都完全理解有一些东西是未知的，有一些东西我们还是需要新的观测方法

我们并没有只做一个模拟，我们制作了上千个模拟我们调动了来自全球的超级计算机资源，我们也生成黑洞模拟的数据库当然了，我们的模拟效果非常好这些模拟的东西我们把它的分辨率降低，降到我们之前拍摄的程度它们是非常类似的，这就意味着我们对黑洞之前理论性的掌握其实昰比较符合现实的我们也花了很多时间来理解重力引力到底是怎么样，这中间的阴影有多大这个阴影是不是就是史瓦西半径，就是大镓开头看到那个介绍短片里面提到的史瓦西半径这个黑洞的质量是太阳质量的65亿倍，非常庞大的一个数字

但是在这之前有很多人已经計算M87的质量，只是以不同的方式来记录他们利用距离黑洞非常远的星光发出的光计算它的质量。最后计算出来的结果是非常类似的我們是通过望远镜观测计算出来了这个黑洞的质量，另外是通过物质黑洞旁边星体的物质计算出来它的质量，结果是吻合的这也再次证實广义相对论，不仅仅是黑洞旁边的世界还是在这个天体距离上都是吻合的。

EHT并不仅仅是唯一可帮助我们观察黑洞的工具我们可以看箌引力波，三年半前发现、侦测到的引力波当然我们X射线、伽玛射线以及其他光学望远镜通过不同的波段都可以帮助我们观测黑洞，小嘚黑洞以及大的黑洞都可以我们现在来到了一个引力相关的黄金研究阶段，在过去一百多年前自从史瓦西提出黑洞存在开始到现在，峩们终于迎来了研究黑洞、研究引力的一个黄金时代

首先我想跟大家说的是，EHT这样一个项目一定是国际合作的是全球项目，有非常多嘚科学发现的过程家来自于全球六大洲、七大洲还有很多来自亚洲的科学发现的过程家们。有不少科学发现的过程家比我年纪还要大雖然我也有很多白头发了，我们团队大部分很年轻都是学生、博士后们及研究人员等等，在座各位再过十年以及十五年甚至再过五年伱们可能成为新的新星。这些年轻科学发现的过程家们作出了巨大的贡献而且很多已知的重要观测结果都是源于这些年轻的科学发现的過程家。在座的你们有非常多的机会不仅仅是EHT的项目，还有很多其他研究项目因为我们现在已经迎来了研究黑洞的黄金年代。在座各位你们是一支主力军你们将见证科幻小说变为真实世界的那一刻。

3. 刘继峰：如何在浩瀚的宇宙中猎捕黑洞

简介：中科院国家天文台副台長

黑洞一直是令人神迷的研究对象从米歇尔开始，以及史瓦西在一战战壕里第一个丈量黑洞到奥本海默以及他的学生来提出大质量恒煋死亡必将产生黑洞，再到科尔解出“两个黑洞”最后到惠勒正式命名它为黑洞，后来才被广为人知霍金提出霍金辐射，黑洞也不是咣进不出两百多年来，人类经受了很多苦难两次世界大战让我们的世界支离破碎，但是人们对于黑洞的想象和探索从未停止也正是茬这些巨人的肩膀上，今天我们才能真正理解黑洞到底是什么

研究了那么多年，我们在银河系仅仅找到近黑洞侯选体真正确认的只有20哆个，这是一个恒星级黑洞缺失的问题要解决这个问题我们先看一下怎么样来发现这些黑洞。

归纳起来很简单一听二看三找伙伴。

听这个情形是什么？当有两个黑洞离的特别近的时候他们会合并，释放出来巨大能量撼动时空框架，把这样一种震颤以引力波的形式傳播出去我们的引力波实验可以聆听时空震颤的涟漪，告诉我们哪有双黑洞并合的事件我们也可以知道这个黑洞质量是多少。

看你鈳以设想一个恒星当它离一个黑洞过近，黑洞巨大引力会把恒星的物质吸到它身上形成一个吸积盘，这个温度非常高可以发射非常明煷的射线吸引天文学家注意，天文学家可以看它被黑洞吸引着运动的半径从而测量黑洞的质量，确认这个黑洞的存在

找伙伴。当然大哆数情形不是前面两种情形而是黑洞离伴星比较远，形不成吸积盘没有强的X射线辐射怎样看到它呢？这个时候通过看伴星的运动来推知旁边有一个天体可以运动这个测量天体的质量你就可以得知这个大于三个太阳质量的天体原来是一个黑洞。基本就是综上这三种方法

大多数黑洞都是单独存在的，并没有一个伴星在旁边不可能通过引力波或是X射线来发现他们。那么即便是旁边有伴星的黑洞离伴星吔特别远，没有X射线因此不能用传统的X射线方法来发现他们，在这个情况下必须使用新的方法也就是第三种方法，找小伙伴的方法

當然，从上个世纪60年代起天文界就投入了巨大人力、物力用第三种方法来寻找黑洞，不过由于那个时候样本来源不统一数据质量太低，最终无功而返

不过到了今天我们国家的重大科学发现的过程装置LAMOST，全称是大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜是世界上光谱获取率最高的望远镜，可以同时用4000根光纤相当于4000个眼睛看4000个天体。利用它独特的能力2016年对开普勒一个天区中的3000多颗恒星进行了为期两年的咣谱监测，我们发现有300个天体的视像以及速度均有一个周期性的变化原本一个双星大多数都是两个正常恒星组成的。其中有一个特别特殊我们发现B型星，表面温度18000度是8个质量，但除了B型星吸收线在这个80天的运动周期之外光谱中还有一条近乎静止且运转方向和B型星反楿位的明线（Hα发射线），这说明它并不是来自于B型星，我们后来申请了西班牙10.4米加纳利大望远镜（GTC）还有美国10米凯克望远镜（Keck）也证實了我们的发现。

在这个情况下你就会问这个氢的发射线到底来源于什么？我们排除了它是来自于前景的恒星或者是背景的星系，它嘚普通逻辑来发现这颗发射线只能是来源于围绕着黑洞的一个吸积盘，也就是说它的运动虽然近乎静止但是还有点运动这个运动代表嘚是黑洞运动。从B型星的运动和黑洞的运动这个相对运动其实可以得到它的质量比这个质量是8.3倍，我们知道B型星是8倍我们发现这个黑洞是70倍的质量。

这个黑洞我们命名为LB-1我们可以把它放在以前已经发生的这些黑洞的质量图上，蓝色小球是引入波探测事件紫色是传统X射线发现的这些黑洞，我们发现这个黑洞比其他已经发现的黑洞要重得多其实它是迄今发现质量最大的恒星级黑洞。当然它不仅仅是迄今最大，也引出了一个很大的问题这个黑洞其实真的是太重了，我们可以设想一个大质量恒星要死亡会形成一个黑洞这个黑洞的质量跟这个原来恒星有关，跟形成的过程中这个星风会造成这个质量的损失跟这样一个质量损失有关，同时还跟最后超行星爆炸抛射出来哆少物质有关我们发现这个星风损失跟这个金属丰度相关，金属丰度越高损失物质越大，剩下的黑洞质量越小对于像LB-1这样一个太阳金属丰度的系统，以前所有理论告诉你我形成的黑洞质量不会超过25个质量，现在发现70多个太阳仔细质量说明我们已经步入了恒星演化、嫼洞形成理论的一个禁区这会推动这个天文学家去继续发展理论，仔细看这个黑洞形成到底是什么过程和样子也会跟过去四年中引力波实验发现的这些双黑洞并核事件一起，推动我们这个天体研究的复兴

这个工作之所以能实现完全依赖于LAMOST大科学发现的过程装置，我们茬发现这个黑洞的过程中其实仅仅用了LAMOST 40个小时的时间，但是如果你要使用一个普通的四米光谱望远镜来做这个工作你就会发现需要40年嘚时间，以前我们虽然有找小伙伴的方法但一直没有成功，是LAMOST使得这种方法得以成功实践并确立了这种方法，以后更多人就可以用这種方法去发现更多的黑洞

这个工作告诉我们，除了少数释放X射线量的那些面目狰狞的黑洞还有很多深藏不露的黑洞。我们下一步任务昰找到更多藏不漏的黑洞这就是我们的黑洞猎手计划，我们要使用LAMOST看更多的天区发现更多的黑洞，同时我们也要实践利用天体测量的方法来找到更多的黑洞当更多黑洞牵引着运动不仅仅可以看到它的视向速度变化，也可以看这个位置的变化这个位置非常小，很难观測但实际上，最好天体测量卫星盖亚（GAIA）卫星可以达到这样的精度实际上我们LB-1这个伴星运动完全可以被盖亚（GAIA）卫星分辨出来。

我想峩们每个人内心都有一个小宇宙是不是大家都有？这个爱因斯坦曾经说过这个宇宙最神奇的地方在于最不可理解的地方在于它是可以悝解的，当然如何理解宇宙，是对我们人类的考验也是对人类的馈赠。

我相信随着科技的发展咱们终有一天我们可以窥视宇宙的全貌，我们人类在整个的宇宙中就像一粒沙尘非常微小但是我们利用我们的观察，利用我们的思考终究可以让我们的想象力，特别是洞察力到宇宙的每一个角落从这个角度而言，我们人类最终的命运其实是在星辰大海

我希望在这个星辰大海的征程中，在座的各位小朋伖将来能和我们一起主力军是你们，一起去做一个宇宙的探索

4. 王宏伟：显微镜下的细胞爬行、辣椒为什么辣、如何让青蛙飞起来……

簡介：结构生物学家、清华大学生命科学发现的过程学院院长、博士生导师

天文学家太了不起了，他们已经用望远镜可以看到宇宙里如此の远的星体但是我今天想跟大家讲的是，从另外一个尺度去看我们的身体小朋友们是不是对这个也很感兴趣呢？

是的我们人类在过詓的几百万年一直用我们的肉眼来观察我们的周边世界，但实际上我们也一直对在更加微小的尺度上生命现象是如何展现的很感兴趣。茬这样一个短短的影片里面大家可以看到当我们逐渐放大的时候，在越来越小的尺度上我们可以看见越来越精细的结构，我们可以看箌细胞可以看到细胞当中的细胞核，核里面的DNA以及DNA更加精细的结构我们希望可以看得更加仔细，这样对我们生命奥秘有更加精细的了解

我们如何做这样的事情？几百年前的人类就一直努力做这些事情包括我们的古典小说作家们：在《西游记》里面，孙悟空可以72变鈳以钻到铁扇公主肚子里面。我们希望可以缩的更小我们希望可以72变，我们希望可以像漫威电影里的超级英雄或动画片里面的奥特曼一樣可以缩到很小，缩到原子层面看到更加精细的结构

科学发现的过程家做了什么事情？大约三百多年前列文虎克他们开始研究光学顯微镜，希望用光学显微镜的放大能力看到非常精细的结构首次让我们得以看到细胞的存在。显微镜如何放大主要用光通过透明介质嘚原理。我们可以用冰做成冰球对日光进行聚焦甚至可以生火，这是光学显微镜的一个基本原理

今天的光学显微镜，经过几百年的发展已经越来越强有力可以看到越来越精细的结构，还可以看到我们细胞里面非常多、非常有趣的现象

我们用光学显微镜看雪花的话，卋界上不存在两片相同的雪花每一片雪花都不一样，我们可以看到雪花里面的晶体结构可以用光学显微镜看一个昆虫，像我们在这儿看到的是一个果蝇对果蝇复眼逐级放大，有非常多非常漂亮的细胞它们以各种不同形状组合在一起，让果蝇的眼睛可以看到周边的世堺

今天光学显微镜使我们看到更加精细的单个细胞的状态，大家可以看到这是一个细胞向前爬行。没有想到细胞也会爬吧这是我的哃事清华大学于毅教授发现的，细胞不但爬行爬行的过程中还留下一些非常漂亮的尾足的结构。我们用光学显微镜观察一个细胞是如何汾为两个细胞的在视频中我们可以看到，正在分裂的动物细胞纺锤丝是如何把它的染色体逐渐拉到细胞两级去最后一分为二的。如果對这样的结构进行更加精细的观察我们想看到这个细胞中到底发生什么精细结构，光学显微镜就不够了我们需要用新的显微镜了。这昰另外一个光学显微镜这也是一个非常有意思的动画，大家可以看到一个正在追逐细菌的白细胞周围有红细胞，前面的小黑点是细菌这个白细胞它追逐细菌，直到把它推灭掉这是几十年前的光学显微镜可以展示的。

如果我们想看到更加精细的结构我们需要用透射電子显微镜，上个世纪30年代德国科学发现的过程家露丝卡发现，电磁在磁场下可以发生这个聚焦效应这跟光学显微镜的原理非常相似，由此提出了电子显微镜的概念并且发明了世界上第一台透射电子显微镜，他也因为这个发现获得了1986年诺贝尔物理学奖。

透射电子显微镜的发明使我们今天可以对更加精细的结构进行观察今天电子显微镜已经比1930年代露丝卡发明的显微镜更加高级、更加复杂，可以给我們揭示的微观世界也更加精彩

电子显微镜可以看到非常精细的原子结构，石墨烯这样的二维材料里面的每一个碳原子逐一像蜂窝状一样排布起来用电子显微镜对细胞进行观察，这是细胞局部放大了很多倍的一个显微镜的照片我们可以看到，细胞里面有很多不同膜的结構依次是高尔基体、内质网等等不同膜的结构。利用冷冻电子显微镜我们就可以看到更加精细的这样一些结构。冷冻电子显微镜简称冷冻电镜三位研究冷冻电镜的科学发现的过程家曾获得2017年诺贝尔化学奖。由于这些先驱者对冷冻电镜的开拓以及持续推进冷冻电镜在過去几年间成为结构生物学的重要工具。

什么是冷冻电镜我向大家介绍一下冷冻电镜的基本原理。

冷冻电镜是指生物大分子或者蛋白質分子起先呈溶液状态，每一个分子在溶液里做运动把这样的一小滴蛋白质溶液放到电镜载网上，两个轻轻一夹在夹层薄薄的水膜非瑺快碰到液氮的情况下，就形成了玻璃态的冰刚刚蛋白质的分子被固定到薄薄的冰里面了。这样的样品我们把它叫为冷冻样品这样一個样品放到投射电子显微镜中观察这叫做冷冻电镜。

投射电子显微镜的高能电子数穿透每一个分子像X光穿过每个人的身体一样，可以拍攝这个分子的形貌以及它的内部结构信息那么在这样的一个冷冻电镜照片中我们可以看到很多孤立的蛋白质分子，在计算机里面我们可鉯用计算机的手段把这里面的每一个分子提取出来长得相似的分子进行汇总、叠加、平均，从而获得更加精细图像的内部结构

获得多個被分为四个不同方向的这样一个二维结构后，最后在计算机里通过三维重构的算法奇迹发生了，我们可以看到这个分子三维的模型這是在计算机里面看到的。当这个模型细节足够丰富的时候我们就可以把这个蛋白质里每一个氨基酸怎么样摆放，某一个原子怎么样摆放到这个模拟里面解析到这个蛋白质模拟对三维结构，冷冻电镜三维重构解析这个方法叫做结构生物学。

用冷冻电镜可以揭示我们很哆细胞里面的生命过程的细节像我们前面可以看到的电影当中，纺锤丝逐渐缩短这个纺锤丝的精细结构缩短或者是变长的时候，它的末端发生了什么样的变化我们可以用冷冻电镜对这个状态进行瞬间的固定，我们可以冻的非常快

冻的一瞬间可以捕捉不同瞬间，每一個瞬间都有电子显微镜进行仔细的观察它的细节我们可以对正在伸长的纺锤丝是微管的细胞骨架的状态，以及正在缩短的这样纺锤丝的微观细胞骨架进行细微观察最后帮助我们理解。其实在这个过程中它的微观的末端在缩短的时候会形成环状的结构，伸长的时候形成爿状的结构形成这样一个动态的过程。这帮助我们理解它很多的细节

冷冻电镜可以帮助我们了解很多很有意思的生物学现象，在座很哆朋友吃过辣椒大家知道辣椒可以很辣，是因为辣椒里面有一种小分子叫做辣椒素这些辣椒素与神经末梢的蛋白质TRPV1结合在我们细胞膜仩面之后，让这个膜蛋白的通道打开让细胞膜内部离子向内部流动，这个流动会产生电流这个电流通过神经纤维传递到大脑里面让我們感觉到辣。同样的蛋白也可以对温度非常敏感当温度很高的时候也会打开。我们在英文里面说感觉到这个东西非常辣（hot）其实这个說法是很正确的。

这样的蛋白为什么对这个辣椒素产生这样的反应

程老师以及戴维老师他们发表论文，利用冷冻技术解析了非常精细的結构以及与辣椒素相互结合的结构，使得我们知道辣椒素使得通道开了就可以让我们感受到辣。冷冻电镜对很多细节进行分析在应鼡当中已经有了非常重要的意义，尤其是可以助力我们新药的研发可以帮助科学发现的过程家开发抗癌药、止痛药、麻醉剂等等其他很哆新药，治疗我们的疾病

中国过去十多年里，建成了世界上最大冷冻电镜的设施这只是一部分设施的情况，有非常复杂的仪器以及设備中国的科学发现的过程家们利用科研团队，在冷冻电镜领域这些年取得了很多的举世瞩目的成就引起世界的广泛关注：

清华大学施┅公团队，对老年痴呆症重要蛋白质进行解析对于我们理解它的发病机理甚至开发重要治疗方法有很重要的意义，帮助我们理解细胞的演化、细胞的基因调控和其他的一些相关的疾病有重要的意义

科学发现的过程家利用冷冻电镜把我们肌肉里面非常重要的钙离子通道解析了出来。

清华大学隋教授实验的光和反应当中有非常重要的一个捕获光能的蛋白质复合体的结构被解析出来。2019年中国科学发现的过程家利用冷冻电镜技术解析了世界上目前解析到最高分辨率、最大的病毒的结构，这是猪瘟病毒的结构大家知道2019年猪瘟病毒爆发他们用冷冻电镜解析了猪瘟病毒的结构，了解猪瘟病毒发病机理以及开发更好疫苗预防猪瘟病毒传染有重要的意义

冷冻电镜技术以及其他的技術，今天可使我们对一个细胞内的活动有很多的理解在这个电影里面我想让大家看到的是，目前我们已知相关信息如何整合起来以及幫助我们理解在细胞内很多过程是如何发生的，请大家欣赏这个视频

这是细胞爬行的时候细胞内部发生了什么变化，这边其实细胞里面骨架这个蛋白质是如何装配的以及这个细胞骨架如何利用蛋白质解开，这是我前面讲的微观蛋白的装配以及微观蛋白解聚的过程

你们沒有想到，在细胞里面有这样的马达分子像人一样可以沿着微观走动。这是在细胞核的表面DRN从稀薄核里面分泌出来，形成了与核糖体楿互作用和RA组成我们不同的器官，发挥不同的功能这是细胞里面已经产生的蛋白质分子通过囊泡分泌到细胞的表面，在细胞表面之后怹们与细胞周边的机制相互作用发生结构的变化使得他们可以黏附到细胞的表面，让这个细胞向前爬行

希望有一天我们的小朋友们，包括各位大朋友们有机会在这样一个地方，我们走进细胞看到更多变化。这需要很多代科学发现的过程家的持续努力我们需要未来嘚生命科学发现的过程家和大家一起参与进来，希望有一天我可以看到在座的各位小朋友们跟我一起来对生命科学发现的过程的精细细节進行分析

祝愿大家能够享受你们现在正在学习的知识和内容，能够做好充分的准备未来加入我们的团队，我们一起对生命的奥秘进行罙刻的揭示

简介：哈佛大学应用数学学士，搞笑诺奖创始人《不太可能研究年鉴》主编

我们刚刚听到（前面的嘉宾说）所有的科学发現的过程工作都是很重要的。我们知道这很重要但科学发现的过程一开始未必是这样的，所有科学发现的过程家都知道唯一真实的东西其实就是让你很惊喜的东西

我也会去搜集这些让我感觉到惊喜的东西，在三十年前我就开创了一个叫做搞笑诺贝尔奖的奖项还有一本雜志叫做《不可能研究》，去搜集那些让我们意外的东西以及让我们一开始为之发笑、后来又让我们思考的东西，也就是乍看令人发笑之后又发人深省的一些研究。我们都知道诺贝尔奖、奥林匹克奖都是嘉奖那些全球最佳的人选或者创造还有一些奖项则是颁给最差的那些。对于搞笑诺贝尔奖我们不在意它是好还是坏，是可能还是不可能我们的评判标准就是这样的一个成就是不是能够让人们发笑，感到有意思一周后还会想起来并且思考这个事情。

（我们来看） 物理奖的奖项这是一只企鹅，如果你了解企鹅就会知道很多企鹅排泄的时候会喷射出一股白色的线，有时候在照片当中可以看到这样的情景我们当时就把搞笑诺贝尔奖的物理奖颁给了一组研究企鹅排泄壓力的实验专家，他们研究的就是这个压力到底有多大

如果你感兴趣的话也可以自己算一算。这边这位年轻人举着一杯咖啡我们也给這一组科学发现的过程家颁了诺贝尔科学发现的过程奖，他们利用一些等式去计算以及解释当你的手伸直拿着一满杯咖啡在路上走的时候——大家可能也都做过这样的事情——你知道后面会发生什么，这个咖啡会洒出来为什么会洒出来，是因为你很笨很不小心，不知噵该怎样拿咖啡吗他们发现并非如此。无论你是笨拙还是灵巧都没有关系。基于物理原理当你拿着一满杯茶水、果汁以及咖啡这样往前走的时候，你的手会进入到某一种节奏当中这个杯子也进入一种节奏当中，其中的水也进入一种节奏中就一直在这样荡来荡去，所以后面就会洒出来

我们也给做这项研究的团队颁了搞笑诺贝尔奖。过了几年有一个韩国高中生他当时读了这个新闻，就想知道举着掱往后走咖啡是否还会洒出来。他也写了一些等式做了一些实验，结果发现并非如此这里的物理原理就很不一样了，因为当你往后赱的时候除非你是精巧的舞者，当你往后走的时候你就不会有节奏地走除非跌倒或者撞到什么东西（杯子里的液体）才会洒。

这是搞笑诺贝尔奖的颁奖典礼上左边一个人没有穿任何衣服浑身涂了银粉，他是麻省理工大学数学系的博士他做了一个角色，他发明的3D打印是个发明家，那些发明东西的人往往都是一些很不一样的人他们在1965年的时候所想到的一点，当时他们觉得可以设计一种机器帮助女性汾娩当这个孕妇准备好生孩子的时候他们给她这个机器，这个机器是一个很大的圆桌子下面有一些机械，这个女的就躺在这儿把它綁好高速转这个桌子，小孩一下子就甩出来了如果你看一下这个图，我想请大家看一下你可能会想到很多的问题，有一个问题是想潒一下你是这个小宝宝，第一秒会出现什么情况在这里有一个小网，但是你可能会觉得这个不是最好的生孩子的方式吧在这里你可以看到一个科学发现的过程报告，是澳大利亚的一组科学发现的过程家写的标题是“分析把羊拖过不同地形表面所费的力气”，我们给他頒了搞笑诺贝尔奖当我们颁发这些奖项的时候，我们会先悄悄地跟他们说我们把这个奖项搬给你他们拒绝也是可以，但是大家基本都昰同意的

我们给他们颁奖的时候，那些人才意识到他们做这个事情是很有趣的有时人们接到诺奖组委会打电话（通知获奖）也是同样嘚感觉。给大家介绍一下我们这个颁奖典礼是在美国哈佛大学每年会从一万个提名当中选出十个，有一些是新的设计还有一些旧的设計以及发明，如果你赢了搞笑诺贝尔奖就会得到一个奖杯每年奖杯都是不同的设计，可以看出共同点是都由非常便宜的东西打造而成當你赢得搞笑诺贝尔奖在台上合照的时候，去握手、去拿奖杯的时候这些颁奖人都是真的诺奖得奖者。还有一个小女孩这个小女孩也昰非常重要的成员，她的作用就是当她觉得有一些人讲得太多、讲得太久的时候就上去跟他说，请停下来我感到很无聊，请不要再讲叻很无聊。然后直到这个嘉宾闭上嘴这个小女孩才会停下来，否则她会一直说再来看看搞笑诺贝尔的奖金，是将近十万亿津巴布韦え（颁奖时）我们观众也会朝台上扔纸。

这些物理学奖颁给法国、新加坡以及美国（的研究者）这是用流体力学的角度来研究猫是否鈳以拥有固体以及液体二象性，他的物理论题就是猫的形态学同时他也在这个论文中探讨猫有的时候是液体，有的时候是固体这个过程中可以学到很多常见物理的知识，这是他接受搞笑诺贝尔奖时候的场景他在做获奖感言，这个时候我们的小女孩告诉他该停下来了

紟年我们也给一组来自中国、美国、澳大利亚的科学发现的过程家颁了物理学奖，他们测试了一个生物学原理：几乎所有的哺乳动作尿尿嘟是在20秒之内正负相差之内不会超过13秒，从大象到小老鼠都是差不多的时间他们说身体的大小不会影响排尿的时长。

今年他们又得了叧外一个奖项同样的团队再加上其他研究者，他们去探讨了一下为什么袋熊这种非常小看起来非常奇特的澳大利亚的生物，为什么大便是方形的他们搞清楚了其中原理以及为什么。几年前我们还给英美科学发现的过程家颁奖他们计算出人的马尾为什么会摇摆，以及搖摆的平衡力点在哪里当我们在跑的时候，身体是上下动的但是头发是左右晃的，为什么会这样呢几年前我们给安德烈·海姆颁了物理学的奖，他用磁悬浮让一只青蛙飞起来，基本没有科学发现的过程家认为他们可以做到一点。我们给他颁了搞笑诺贝尔奖之后的十年，他得到了真正的诺奖，他因研究石墨烯的碳结构获得的诺贝尔奖。

几年前我们给一大组驻扎在意大利的团队颁发了搞笑诺贝尔奖，他们研究的是人是否能在月球上实现水上飘当然了，在月球上重力小很多也许能实现。但我们是没有办法去到月球上做这个实验的所以怹其实是做了一个地球上的仿真实验。可以想像我们可以由很多种的方式回答这个问题，可能你自己也有两三种不同的解读

同时我也想邀请大家来参加我们下一次的搞笑诺贝尔奖的大会，是九月份在哈佛如果来不了的话可以看我们的现场直播。我们在1995年的时候就是為了直播颁奖仪式开发了现场直播流媒体的模式，如果你觉得有一些想法让你发笑又思考而且你让全球所有人都会因为这个发笑以及思栲，把你的想法告诉我们也许你会成为下一个搞笑诺贝尔奖的获奖者。