当我们穿上防弹衣进入战场时，情况变得有点危险。炸药是如何工作的，我们能做些什么来防止它们?我们先来看看AnUBIS，这是一种使用捐赠的人体部位来帮助了解爆炸可能造成的伤害的设备，我们还研究了也可以用于体育运动的防爆材料。此外，在新闻中，为什么小时候服用抗生素可能会让你发胖，彗星内部有一个洞穴，为什么你不应该嫁给你的表兄……
在这一集里
抗生素会导致儿童肥胖吗?
纽约大学朗格尼医学中心的马丁·布莱泽
每天使用数百万剂抗生素，特别是对幼儿。虽然抗生素对拯救生命的好处不言自明，但在生命早期接触抗生素是否有负面影响?纽约大学朗格尼医学中心的马丁·布拉泽向克里斯·史密斯解释说，一项针对幼鼠的新研究表明，使用这些药物可能会使儿童更容易肥胖，并导致终生的新陈代谢变化。
马丁:我意识到农民给他们的农场动物服用抗生素来促进它们的生长。大约10年前，我灵光一现，我想，也许这就是我们对孩子们所做的。我们也让它们长得更多。所以，近年来，我们在老鼠身上做了研究，我们给老鼠注射了农民给的抗生素剂量。这些是每天在它们的饮用水中添加的低剂量，我们发现老鼠变胖了。当我们让他们吃高脂肪的食物时，他们就变胖了。当我们给它们注射抗生素时，它们就会变胖。当我们把它们放在一起时，它们变得非常胖。但人类儿童每天服用的抗生素剂量并不低。他们需要注射抗生素来治疗耳部感染和喉咙感染。 So now, we've developed a new model which we called PAT for Pulsed Antibiotic Treatment so that we're mimicking the kind of exposures that children get.
你的问题是，这种脉冲式抗生素的使用和我们在现实生活中所做的更相似，这是否也会转化为随后的生长变化，包括肥胖?
马丁:是的，所以我们想问的是，这些脉冲剂量的抗生素是否会模仿儿童服用的剂量，它们会改变新陈代谢吗，它们会改变老鼠的发育吗，它们会影响老鼠体内的微生物吗?
克里斯:发生了什么?
马丁:毫不奇怪，抗生素的使用影响了他们体内的微生物数量，这就是所谓的微生物群。抗生素改变了它们的多样性，有多少不同的种类，它们改变了群落的组成所以当老鼠服用抗生素时，它们有不同种类的群落。重要的是，这种影响持续的时间远远超过停止使用抗生素的时间。在某些情况下，它们会持续到老鼠的中年，尽管这些老鼠是在童年时期注射的。
克里斯-这对老鼠的新陈代谢和生长有什么影响，以及其他我们想知道的对儿童有什么影响的重要因素?
马丁:我们发现抗生素对它们的新陈代谢有影响。在这里，我们使用了两种不同的抗生素——阿莫西林，儿童时期最广泛使用的抗生素和大环内酯类抗生素，这是第二广泛使用的抗生素。它们的效果也略有不同。服用阿莫西林的小鼠骨骼更大。注射大环内酯的老鼠，它们长出了更多的脂肪。
克里斯:你能解释一下为什么在一种情况下使用抗生素会影响骨骼的组成和生长，而在另一种情况下会变得更胖吗?
马丁:嗯，我们并不完全确定是什么导致了对抗生素的反应不同。尽管在我们过去的研究中，我们已经看到了对脂肪和骨骼的影响。所以实际上，这是我们目前正在研究的一个领域来理解导致这一现象的中间机制。
克里斯:但事实上，这种影响是终生的，这是非常令人担忧的，因为这就是说，如果你像我们通常在很多孩子很小的时候给他们使用抗生素，你可能会扭曲或扭曲生活在他们身上和体内的细菌的组成，这将产生可能持续一生的代谢后果。
马丁:是的。在我们早期的论文中，我们表明，如果我们使用抗生素，即使是在很短的时间内扰乱微生物，即使微生物恢复到它们通常的成分，也可能会产生终生的代谢影响。所以，我们很关心这个问题，从某种意义上说，我们正在总结农民们几十年来一直在展示的东西。他们发现，越早使用抗生素，对生长的影响就越大。我们也发现了这一点。
克里斯-医生们不会放弃这个信息，“不要给孩子抗生素”，因为在很多情况下，抗生素在危及生命的情况下是绝对关键的。但我们能做些什么来减轻这些影响呢?
马丁:嗯，你的观点很好。抗生素是必需的药物。它们挽救了无数人的生命，我绝不是说，“我们应该放弃抗生素。”我们只需要更明智地使用它们。
克里斯:把你的发现从老鼠身上推到孩子身上，我们是否因此就预设了一些年轻人超重的趋势可以归因于过度使用抗生素?
马丁:我们的研究是对老鼠的研究。这是我们在老鼠身上进行的第三项研究，所有这些研究都表明，早期抗生素改变了发育，增加了体重，现在有几项流行病学研究，对儿童群体的研究，我们参与的雅芳纵向研究，表明，儿童在早期接触抗生素时，肥胖或肥胖的迹象增加，或7岁时肥胖。所以，有越来越多的关于儿童的数据表明抗生素会导致肥胖。有关于抗生素，哮喘，食物过敏和乳糜泻的研究。所以，我们开始意识到抗生素有很大的好处，但它们也有一些潜在的成本。
2015年英国皇家学会夏季展览
Patrick Naylor, Matthew Morris和Phillip Murgatroyd
每年夏天，伦敦皇家学会都会举办为期一周的展览，展示英国各地最前沿的最新科学成果。今年也不例外，展览和活动涵盖了从纳米技术到宇宙射线、癌症筛查和抗击流感等方方面面。Kat Arney采访了一些展示他们工作的研究人员。
嗨。我是Philip Murgatroyd。我来自伯明翰大学，我是巨石阵隐藏景观项目的一员。
凯特-这里有一个很棒的展览。我们有一盘沙子。那里有一个巨大的平板电脑，非常奇怪的机器，重力成像仪，这是一个地下车站。这是怎么回事?
菲利普:地下巨石阵展览的基本主题是，我们利用考古地球物理学对巨石阵景观进行了研究，而现代科学技术使我们对巨石阵景观的看法发生了彻底的变革。
凯特-我得问，重力成像仪到底是什么?这看起来是一件令人印象深刻的科学装备，但它是做什么的?
Philip -这是地球物理学未来的一部分，我们正在与伯明翰的GG-TOP项目合作，他们正在开发一种利用原子干涉仪探测重力的新方法。基本上，它在真空中捕获一团原子，然后把它们扔到空中，用激光干涉测量法观察它们是如何上升和下降的。因为我们探测的是引力对非常小的原子的影响，我们可以探测到引力对非常小的影响，所以我们可以探测到基于引力的更小的物体，这是我们以前无法探测到的。
凯特-所以，这让你看到地下有什么，地下有什么。
菲利普:是的。我们使用不同类型的地球物理的全部原因是，你可以用不同类型的地球物理看到不同的东西。目前，对考古沉积物的重力探测相当差，但这是因为传感器不够精细。通过开发我们自己的传感器，我们希望能够将重力引入整个地球物理学。
凯特-告诉我你用这种技术在巨石阵下发现的最有趣的东西之一。
菲利普:巨石阵实际上已经被很好地调查过了，因为它的面积相对较小。我们和奥地利的路德维希·玻尔兹曼研究所合作，他们开发了一套技术，可以让我们收集到以每小时70英里的速度拖在四驱车后面的地球物理数据。这使我们不仅可以关注我们认为存在物质的区域，还可以关注12公顷磁力计范围内的整个景观，这使我们能够看到一切。我们可以看到我们认为是纪念碑之间的空间，我们发现它们根本不是空间。那里有纪念碑，我们从来没有深入研究过，因为我们从来没有这样的技术。
凯特-所以，有一个被新技术揭示的地下世界。
是的，绝对的。这是我们以前无法从地球物理学上看到的整个景观，现在我们可以了，它为我们打开了一系列不同的纪念碑。
马修-你好。我叫马修·莫里斯。我在莱斯特大学工作，我们在这里解释我们是如何识别理查三世遗体的。
现在，这里有一个巨大的玻璃柜，里面有一具骷髅。这是他本人吗?
马修-这是他本人的复制品。所以，我们把真正的国王重新埋葬在莱斯特，这是一个精确的3D打印的他的骨骼副本，我们用CT扫描了真正的骨头。然后我们创建了模型，然后用3D打印机打印出来。
理查德三世是在莱斯特的一个停车场被发现的。人们在这里能看到什么来帮助解释和理解你是如何确定这是否是我们失踪的国王的?
马修-我们找到了他的骨架。我们在解释我们是如何把所有证据放在一起来立案的。这就像五百年来的失踪人口案，神秘案件，我们正在把它拼凑起来。我们有关于统计和概率的活动。我们有一个箭落，我们有一个中世纪骑士这样我们就可以向人们展示我们的骨骼是如何受伤的。
Kat -有一些关于是否真的是理查三世的讨论。我们怎么知道它肯定是?
马修-所以这就是为什么我们在这里向人们展示如何。所以，你不能从一条证据证明这是理查三世，但是当你把所有的证据从调查的各个方面综合起来，你就有99.999%的可能性认为这具骨架就是理查三世。所以，这就是我们在这里的目的，希望能说服大家。
凯特-那么，这个箭落是什么?它看起来有点像断头台。我们能上发条，试一试吗?
马修-我们可以。
凯特-好吧。让我们试一试。
帕特里克-我是帕特里克·内勒。我在伦敦帝国理工学院，我们正在研究3D声音和音景，特别关注人类是如何理解声音的，以及我们能从中学到什么来帮助我们设计出比现在更能理解声音的机器。在这里，我们有机会和我们的机器人交谈。你好……
机器人-你好。很高兴认识你。
帕特里克-这是一个50厘米高的机器人，它正在运行一些处理算法。首先，它在做面部检测它也在计算声音来自的方向。它通过头部跟踪来跟踪。
他是个迷人的小家伙，我真想向他挥手。他是白色的，有一些漂亮的橙色风格，他的头向我倾斜。这是怎么回事?
帕特里克:声音是由头上的麦克风接收的，从这两个信号，从两个麦克风，机器人计算出声音来自的方向。通过摄像头，它利用人脸检测算法计算出人脸的位置。机器人会特别注意有声音的方向，也会检测到人脸。所以，说话的面孔对机器人来说很重要，因为这是它的指令来源。
Kat -这将是一种什么样的应用?这种技术怎么可能有用呢?你好。它在我说话的时候看着我。
帕特里克:这都是关于人机交互的。所以，任何涉及人类的机器人互动，语言很可能会很重要。在现实世界的环境中，机器人必须在同一个房间里与多人打交道，这是一个典型的应用，被引述为酒店的欢迎机器人。你走到登记柜台前，机器人可能只是欢迎你，并给你登记的详细信息和房间钥匙，而不必排队登记入住酒店。现在，重要的是有很多人同时登记。机器人应该注意哪一个人?所以，这种选择性注意——我们称之为选择性注意。这是一个重要的能力，机器人需要被教导，或者我们需要开发算法来处理这个问题。再见!
机器人-很高兴和你聊天。在展览会上玩得开心!
彗星内部有一个洞穴
与科林·斯诺德格拉斯，开放大学
2014年8月，在太空中飞行10年后，欧洲航天局的罗塞塔号探测器成功地与火星相会
67 p-churyumov-gerasimenko彗星。这个由冰和尘埃组成的鸭子状球体正以每小时近12万公里的速度冲向我们所在的太阳系内部。罗塞塔号与彗星保持同步，并利用机载仪器观察彗星在接近太阳过程中升温的核心。一个引起任务科学家注意的观察结果是，彗星表面有一些奇怪的圆形凹坑，这些凹坑分布在小簇中，每个直径约200米。正如开放大学的彗星专家科林·斯诺德格拉斯向克里斯·史密斯解释的那样，这些可能表明这颗彗星含有洞穴。
科林:这是一颗形状很奇怪的彗星。它有两个部分，在早期，它被描述成一个有头有身体的橡皮鸭形状。这仍然是有用的，因为它自然地让你想象形状。我们现在要看的是鸭子的背部。这里有几百米宽的大坑。这些有点被拉长了。它们看起来不像你在月球或小行星上发现的陨石坑。它们似乎是进入彗星内部的洞。
克里斯:彗星本身有多大?
科林:这颗彗星直径约4公里。所以，当你考虑到我们在天空中看到的彗星时，它的实际固体是非常小的，实际上，它们是我们所说的彗发和彗尾，这种稀薄的大气层延伸了数万到数百万公里。但这一切都来自一个非常小的，中央的，冰冷的身体，只有一个小镇那么大。
克里斯:彗星最初是从哪里来的?
科林:我们认为像这样的彗星来自太阳系的柯伊伯带，柯伊伯带是冥王星所在的太阳系区域。它在系统可观测的外边缘。这让它们变得非常有趣，因为自从行星形成以来，这些天体就一直处于深度冻结状态。所以，我们正在寻找的是行星形成时留下的一些残余物，如果你愿意，也可以是剩下的积木。
考虑到这颗彗星可以追溯到45亿年前太阳系形成的时候，这颗彗星怎么碰巧现在才从我们身边经过呢?
科林:像丘留莫夫-格拉西门科彗星这样的彗星实际上只在太阳系内部存在了相对较短的时间，在太阳系的年龄中可能只有几万年。比如，在冥王星周围的外太阳系某处，这样的天体会靠近一些更大的物体。像冥王星这样的大天体的引力效应将小天体弹射到太阳系内部，最终，它们进入这些轨道，使它们更接近太阳。当它们靠近太阳时，它们的冰开始蒸发，并产生彗尾，使它们看起来像我们所知道的彗星。
克里斯:你认为同样的过程也可以解释这些有趣的坑吗?
科林:这是人们最先考虑的可能解释之一，所以我们所知道的是，这些物质来自彗星。也许这些只是被侵蚀掉了，我们看到彗星的一些活动来自这些坑。但这篇论文表明，如果你进行计算，它们不可能以这种方式形成，因为彗星在最近的区域——在太阳系内部——的时间不够长，无法挖出所有这些坑。因此，这篇论文继续描述说，它们一定是由物质坍缩到内部形成的。所以我们的想法是，这些是天坑，在彗星内部有一些空间，一个洞穴或一个空洞。这种活动会削弱表面直到其中一个坍塌形成这些洞。
克里斯:我们对这颗彗星是由什么构成的有更深入的了解吗?甚至，有没有人试着给它称重，这样我们就可以开始确定那里可能有什么，或者那里可能没有什么，从而形成这些空隙，让它们能够翻滚进去。
科林:我们对此有一些想法，因为罗塞塔号一直在火星表面进行测量，这些坑实际上很有趣，因为如果你观察坑的墙壁，你会看到被称为“鸡皮疙瘩”的东西，或者另一个被使用的短语是“恐龙蛋”，这是一种直径几米的球，构成了悬崖的墙壁。所以很可能，这个塌陷的坑让你看到了里面的那种积木。在给彗星称重方面，是的，我们已经能够做到这一点，因为我们可以测量宇宙飞船第一次到达时的偏转，这是由彗星的重力引起的。所以，我们知道它的总密度实际上比冰低得多。
克里斯:所以，这就符合了内部可能有空洞的想法，物质可以在里面翻滚，形成这些坑。
科林:是的。如果我们有这些空腔，就像彗星的瑞士奶酪模型，这肯定有助于解释它。
遗传多样性低导致智商低
Peter Joshi博士，爱丁堡大学
大多数动物，包括人类，都会采取措施寻找与自己在基因上尽可能不同的交配对象。
在我们的例子中，这是有充分理由的，因为科学家们现在发现，那些从父母那里继承了相同版本的某些基因的人，如果你和你的近亲结婚，比如你的堂兄，可能会发生这种情况，比那些从父母双方都获得不同版本的人更矮，在学校的表现也更差。为了了解更多，凯特·阿尼采访了爱丁堡大学的研究员彼得·乔希，他是研究小组的一员。
彼得:我们正在做的是使用现代基因组技术来测量基因多样性。我们这样做的方式是我们总共使用了35万人。为了确保这项研究非常可靠，我们使用了世界上100个不同的种群，并收集了所有这些信息，然后在爱丁堡集中整理，我们基本上观察并测量了每个个体的遗传多样性。
凯特:所以，你有来自世界各地的成千上万的人。你是如何分析他们的基因组的?你在看什么?
我们所做的是观察人群中个体的基因多样性并将其与人群中的其他人进行比较。同时，我们观察他们的认知能力，身高或血压，在这个人群中，看看基因多样性和教育程度之间是否存在联系。这样做之后，我们将所有不同研究的结果结合起来，看看这种效果在许多人群中是否稳健可靠。
凯特:那么，当你开始研究人们是否有两个基因副本或一个基因的两个不同副本的多样性水平时，你开始发现了什么?
彼得:我们正在研究每个人的整个遗传密码，我们沿着遗传密码扫描，检查遗传密码中有多少比例与母亲和父亲相同。我们通常发现的是，大约0.1%的遗传密码是从母亲和父亲那里遗传下来的。但这个数字因人而异。对一些人来说，可能根本没有，而对另一些人来说，可能是这个的3到4倍。我们发现，如果你遗传了2倍，3倍，3倍或4倍的基因多样性缺乏会降低受教育程度，认知能力和身高。
凯特:所以那些从父母那里得到更多相似基因的人，他们在学校表现不好，而且他们更矮?
彼得:是的，但是认识到这些影响很小也很重要。但在个人层面上，这是无法衡量的。这就是为什么我们需要35万人来有力地证明这是一个真实的效果。我们认为可能涉及的机制是，会有一些与发育相关的东西可能会支撑生长，从而支撑你的身高。因此，不是身高本身以这种方式受到控制而是潜在的生物系统两个不好的副本可能会以这种方式影响身高和认知能力。如果这种情况发生了，如果这些特征在进化中得到了青睐，那么我们就会看到整体的影响，而对于那些不受进化压力影响的特征，我们就不会看到同样的结果。这是一种推测，也是我们下一阶段研究的内容之一，但它可能是为了更详细地了解遗传两个相同的缺陷基因拷贝的过程。
女性在排卵期会变红
与剑桥大学的汉娜·罗兰博士合作
一项新的研究表明，不仅仅是尴尬或脸红会让女性变红:女性在排卵期也会微妙地变红。汉娜·罗兰告诉克里斯·史密斯她是如何发现的。
汉娜:大约10年前，有人做了一些研究，研究女性在排卵期是否会改变她们的吸引力，也就是她们的生殖周期。他发现，当女性处于排卵期，也就是她们生育能力最强的时候，男性参与者会认为她们更有吸引力。所以，在过去的十年里，越来越多的研究表明，女性的行为会改变，她们的声音会改变，她们的气味也会改变，所以她们闻起来不一样，当她们处于生育状态时，她们总是更有吸引力。但在这10年里，没有人真正了解为什么女性更有吸引力。因此，我们假设这也许可以用肤色的变化来解释。所以，黑猩猩、心轴猴和其他灵长类动物，当它们有生育能力时，它们会有非常明显的变化。所以它们的屁股是红色的，猕猴的脸是红色的。所以，我们假设也许女性的脸也更红，更有吸引力。
克里斯-这就像性信号灯，虽然在这种情况下，红色并不意味着停止。它的意思是走。
汉娜:当然。所以，对我们和其他非人类灵长类动物来说，红色是一种非常有吸引力的颜色。
克里斯-实际上，我的麦克风上有一个大红色的末端，所以我想知道这说明了我是什么。你是怎么做这个研究的?
汉娜:我们有两个本科生，他们都是数据收集者，他们招募了他们的朋友来给他们拍照。所以，她们每个工作日都来，我们问她们一些关于生育周期的私人问题，我们还要求她们使用排卵测试试剂盒，这样她们就能检测出排卵时发出信号的激素。
克里斯-除了拍这些照片，结果是什么?
汉娜:所以，我们设计了一个程序来检测脸颊斑块，并测量照片的红、绿、蓝三种颜色。于是，我们利用心理学家关于人眼对颜色反应的模型，将红、绿、蓝三色进行了转换。我们模拟了它是如何被感知的，这些脸颊补丁是如何被人眼感知的。
克里斯-我的眼睛能看出来你在排卵期吗?
汉娜:非常有趣的是，我们发现女性在排卵时确实会变得更红，但只是低于人眼可以检测到的水平。
克里斯-你问过真人吗?
汉娜-不。这是下一步。
克里斯:医生们谈到了一种叫做黄褐斑的现象，这种现象是指女性雌激素水平很高，通常在怀孕期间会出现这种情况，但当她们服用口服避孕药时也会出现这种情况，因为雌激素确实会改变皮肤的血液流动。这是因为当一个人正常的生理周期时，雌激素的变化只是比怀孕时少一点点吗?所以它是存在的，只是太微妙了，我们看不见。
汉娜-你说得对。雌激素与肤色有关，但雌激素水平较高的女性皮肤更白。在其他研究中，苍白的皮肤很有吸引力。所以实际上，当我们预测肤色是这种吸引力的原因时，我们认为它与雌激素有关。但是当我们在整个周期中绘制我们的颜色变化时，它会很低，在月经期间显著下降，然后在排卵期迅速上升，然后保持高位，当你把它映射到教科书上的雌激素周期时，它并没有很好地映射。
所以，雌激素在排卵期达到顶峰，但在月经前又下降了，但我们的红色变化实际上更好地反映了基础体温。所以，可能是多种机制的结合导致了这种红色的微妙变化。
克里斯-如果普通男性都检测不到，那还有什么意义呢?
汉娜——人类在一个月、一年中都是性活跃的，而其他灵长类动物只在有生育能力的时候才会接受和交配。所以，隐藏人类的排卵是有好处的，因为这意味着男性更有可能留下来照顾任何后代，而不是像你在黑猩猩身上看到的那样，男性只对处于排卵期的女性感兴趣，然后离开，对下一个处于排卵期的女性更感兴趣。所以，我认为女性的排卵期是隐藏的，但是有这些小的信息——声音、气味、行为——泄露了这些信息。
什么是炸药?
微软研究院的克里斯·毕晓普教授
炸药能造成灾难性的破坏。但它们到底是如何工作的呢，
中国人发明的火药和更现代的“烈性炸药”有什么区别?金妮·史密斯去见了微软研究院的克里斯·毕晓普，打破了一些爆炸性的神话，并找出了这些化学物质是如何发挥作用的……
它是一种物质，要么是固体，要么是液体，它会发生化学反应，很快就会变成气体。气体的体积大约是固体或液体的一千倍，所以它想要迅速膨胀。
金妮——所以，所有不同的爆炸都是基于同一种基本原理?
克里斯-没错。但是对于不同种类的炸药，精确的工作方式可能会有很大的不同。
金妮——你能给我举几个例子吗?
克里斯:我想我们应该从第一种炸药开始，火药是木炭、硫磺和硝石的混合物。
金妮:那这三样东西一起反应会产生什么效果呢?
克里斯:嗯，木炭是一种燃料，就像烤肉上的木炭一样。它可以与氧气反应产生二氧化碳，释放出大量的能量。氧气并不是来自空气。就火药而言，它来自硝酸钾。硝酸钾，我们称之为氧化剂。当它经历这种化学反应时，氧气被释放出来并与碳结合，产生能量。
金妮:所以实际上，因为氧化剂在混合物中，你的燃料不必和空气混合才能像蜡烛一样燃烧，对吧?
克里斯:完全正确。事实上，燃烧过程要快得多。我们给它起了一个特别的名字。我们称之为爆燃，但本质上就是燃烧的意思。
金妮-你有什么例子可以让我们看看吗?
克里斯-我们这里有一些现代火药。
金妮——看起来有点像你拿了一根铅笔芯，把它弄碎了一点，所以你留下了一小块铅笔芯。你的喷灯看起来很不错。你要用它来点燃火药吗?
克里斯-是的，但我会用很小很小的火焰。
金妮——嗯，真漂亮。我们得到了一种动力和一点火焰上升到空中。
克里斯-所以，这就是我们所说的低度炸药。所以，它燃烧得很快，只需要几分之一秒，因为那是质量非常好的火药。当然没有砰的一声。为了让低度炸药产生爆炸，它需要被限制，所以它需要被困在某种容器里。所以，如果你想想烟花，它会在一个纸板管里。你在纸筒里放了几克火药。当火药被点燃时，它会发生化学反应，产生大量气体，但这些气体现在被困在管子里。因此，压力不断增加，直到管道破裂，那就是我们听到爆炸的时候。
金妮-那是低度炸药。烈性炸药听起来更令人兴奋。
克里斯-所以，烈性炸药在物理上和化学上都是非常不同的。烈性炸药是在19世纪中期被发现的。意大利化学家阿斯卡尼奥·索布雷罗(Ascanio Sobrero)正在试验用硝酸处理各种有机化合物。一天，他尝试了甘油。当他用硝酸处理后，他得到了硝酸甘油。所以，这是一种不同的化合物。它有非常不同的性质。
金妮-硝化甘油是怎么爆炸的?
克里斯:在硝化甘油中，没有这种燃料和氧化剂的粉末状混合物，氧化剂有效地结合成相同的分子。这个分子有一个碳主链，三个碳原子排成一排然后连着硝基。这是氮和氧基团。所以，氧和碳在同一个分子中结合。所以，这是一种比世界上最好的火药更亲密的混合物因为它们是在分子水平上混合的。氮-氮键是化学中最强的键之一。如果你拿一个氮分子，试图把两个原子分开，你需要巨大的能量。因此，当两个氮原子结合在一起形成一个氮分子时，它们会释放能量。因此，高能炸药的主要能量来源之一是氮气的形成。
金妮——你有什么烈性炸药的例子让我们看看吗?
Chris -我们可以先看一下硝酸甘油。我这里有几毫升给你们看。
金妮-它看起来像在水下，只是一团。它是无色的。我想它看起来很油。就像你把油放在水里。
克里斯:所以这次，我不是用热量来启动它并产生爆燃，而是用锤子来击打它。所以，我们将提供一个非常尖锐，强烈的冲击，我们将看到硝酸甘油可以以一种非常不同的方式表现出来。
金妮——那是一次令人印象深刻的爆炸，当我看着它的时候，我看到有一点闪光。发生了什么事?有什么不同?
克里斯-接下来发生的是一个叫做引爆的过程。它通过冲击波进行。事实上，它是一种超音速冲击波穿过硝酸甘油，导致化学反应发生。化学反应释放能量，强化了冲击波。我们现在有一个以每秒数千米的速度进行的爆炸，甚至可能达到音速的25倍。
金妮-那么，冲击波在传播的过程中是怎样的呢?它是如何造成伤害的?
克里斯-嗯，如果你站着不动，一股冲击波从你身边经过，你会注意到压力突然上升。想象一下，有一堵墙。此时，它到达壁面，一边是高压，另一边是普通大气压。现在，不需要很大的压力差就能产生很大的力。正是这种力量可以推倒一堵墙，造成各种各样的破坏。
这是另一种方式来说明我们所说的烈性炸药或爆炸。我这里有个叫减震管的东西。这是一种商业产品，在采矿业和采石业中广泛使用。它是塑料管，直径3毫米，呈亮黄色。它的中间有一个直径为1毫米的洞，洞的内部覆盖着一层非常轻的高爆炸药粉，叫做RDX。它实际上是最强大的常用军用炸药，但这里的数量很少。每公里的减震管中含有几克。所以，实际上我要启动它在启动它的时候把它拿在手里。我点燃它的方法不是点火，如果我点燃它它就会像任何塑料管一样燃烧。我们需要电击来引爆。
金妮——所以相当于用锤子砸它?
克里斯:是的，但是我有一个稍微复杂一点的方法。这就是所谓的爆破机。它实际上是一个小型的手持电子设备，它将一个电容器充电到2500伏特，然后将电容器放电，从而有效地产生一个小雷击。雷击是一种非常尖锐的，短暂的能量释放，它会引发冲击波，然后沿着冲击波管传播。波沿管道向下传播的速度大约是每秒2000米。
金妮-所以我不能看到它沿着这段管子传播?
克里斯-不，我们开火时你会看到的是一道明亮的闪光。整个管子会亮起来，但你看不到冲击波从一端传播到另一端，因为它的速度太快了，人类的感官无法察觉。
金妮-好吧，让我们试一试。所以你把一小块——它看起来像一根塑料电缆——插在爆破装置的末端。这里有几个按钮要按，我们来倒计时吧?
克里斯-好吧。
金妮——三、二、一……哇!那声音真好听。我喜欢那个。这是一个更高的音调，我看到整个塑料管的长度闪烁了一秒钟，然后有一点烟从末端出来。里面发生了什么，和硝化甘油相似吗?
克里斯:非常相似。这是一种不同的分子，但它含有碳，氮和氧冲击波在炸药中传播这样就会引起化学反应，分子分裂然后原子重新组合形成新的分子。氮气，二氧化碳，再组合，新化学键的形成，释放能量。释放的能量支撑着冲击波继续以很高的速度传播。
爆炸实验室
比尔·普劳德博士，大卫·索瑞，帝国理工学院
一次爆炸能造成多大的破坏?我们如何测量它?
爆炸物研究人员比尔·普劳德正在开发一种技术，用于测试不同材料对爆炸产生的冲击波的反应。他甚至有一个设备，使用捐赠的人体部位来帮助他了解爆炸可能造成的伤害。比尔和他的博士生大卫·索瑞带汤姆·克劳福德参观了他们的炸弹实验室。
汤姆:我们现在在帝国理工学院，或者更准确地说，是物理实验室，现在正好是我们的主角，比尔·普劳德。很高兴认识你，比尔。
比尔-你好。
汤姆——我有点纵火狂，所以我很想马上开始。我们要进去吗?
比尔:嗯，在一年中最热的一天，这是个好主意。
好了，我们要进入实验室环境。因此，必须穿戴适当的安全装备。这是你的实验服。
汤姆:有点大。好了，非常安全。我们刚刚进入实验室，老实说，这让我想起了回到高中学习化学。有很多橱柜。我可以看到一些看起来像通风柜的东西…好了，这里有一个很长的管状装置我想这就是我们要发射的。
比尔-这个装置，分离式霍普金森压力棒。这是一种对样本进行压缩加载的设备。压缩意味着你把它们压缩得比正常情况下更短。我们在这里引入的压力是在一段时间内，比如说，100微秒。1亿分之一秒。听起来不是很长，但这段时间足以让人骨折，破坏金属，打碎陶瓷。这个装置的优点是它有一个非常干净的开、关压力脉冲。这样做的好处是使结果易于分析。
汤姆:但是当你研究陶瓷和金属时，你是在建议应该使用哪种建筑材料吗?比如，防护设备应该使用哪种材料?
比尔:没错。我们研究的是人体。我们研究的是与人体接触的东西。所以，如果你想到防弹衣，如果你想到衣服，如果你想到鞋子，所有这些都是聚合物，泡沫，建筑的陶瓷表面，车辆中使用的金属的混合组合。
汤姆-大卫，非常友好或者可能是非常愚蠢地说我可以自己试着发射这个东西。那么，我该怎么办呢?
大卫-你只要按下爆炸按钮。
汤姆:我有点害怕，但我们试一试吧。你能帮我倒数一下吗?
大卫-射击，三，二，一，射击!
你刚才听到的是一根短金属棒的声音，和子弹差不多，沿着一根1米长的管子射向一系列排列整齐的金属棒。被测试的样品被放置在这些金属棒之间，传感器被放置在那里以记录样品对爆炸波的反应。比尔，这些都很有趣，但你从这些实验中学到了什么?
比尔:英国皇家军团爆炸伤害研究中心的目的是了解爆炸对人体的伤害机制，他们会受到什么样的伤害，如何减轻这种伤害，以及了解长期的病理学。这意味着人们如何从爆炸中恢复。
汤姆:爆炸会造成什么样的伤害?
比尔:人体内有很多充满空气的腔。我们说的是耳朵。它们是对爆炸最敏感的器官。然后你的喉部就会出问题。但是人体的另一个最大也是最明显的部分是肺。你有一种叫做爆炸肺的疾病，人们暴露在爆炸波中，然后很快就感觉没事了。但在一段时间内，他们的健康状况会下降，如果不给予适当的治疗，最终，他们中的许多人可能会死亡。还有一个叫做固体爆炸的领域，金属板，固体物体，它们对人体施加压力，会造成非常严重的伤害。
汤姆:我有一种感觉，那可能就是我们接下来要去的地方。
比尔:是的，你完全正确。
汤姆:那么，比尔，你现在把我们带到什么地方去了?我们下了十层楼，穿过了六扇安全门。这是怎么呢
这是一个完全白色的房间，比以前的实验室大得多。所有东西看起来都很干净，我们被指示不要碰任何表面。
比尔:我们在伦敦帝国理工学院皇家心理学院的地下室，我们在一个房间里放置了一个叫做ANUBIS的设备。ANUBIS代表腹部下撞击模拟器。
汤姆:它就像一个由金属大梁组成的矩形，在这个矩形的中心是某种向上伸出的结构，里面装着某种大型钢鼓，我认为这是将要移动并引起爆炸的东西。对吗?
比尔:那个大钢桶是压力容器，在它上面有一块金属板。这块金属板可以以每秒30米的速度加速。我们会用它来测试所谓的结构部件。比如，这可以是腿。
汤姆-你是说真的人腿吗?
比尔:我们可以在人体组织上进行研究，而不是在动物身上进行研究，然后试图将其推断到人类身上。所以，是的，人类的腿，因此，我们可以直接理解效果是什么。
通过在实验室中使用真实的人体组织，比尔和他的团队能够重现在战场上看到的相同条件，例如在伊拉克或阿富汗。这一点在一位有第一手爆炸伤害经验的军医的实验后得到了证实。
在实验过程中，测量人体组织所感受到的确切力量，再加上高速摄像机成像，科学家们可以准确地看到骨骼和软组织在撞击中开始断裂和撕裂的位置和方式。精确定位这些位置是了解力量集中的关键，从而了解受伤的开始。这些数据可以用来设计保护设备，以防止受伤。
比尔:所有这些人体组织都是人们捐献的，例如，当人们把自己的身体捐献给医学研究时。但我们有这种类型的材料来研究是非常重要的，因为这意味着我们可以停止猜测动物是如何与人对应的。我们可以说，“这就是这个人发生的事情。”
汤姆:是啊，没有什么比真品更好的了。
比尔:在某种程度上，是的。
凯特，有一刻我还以为他们要炸掉一条真正的人腿呢。这是比尔·普劳德和他的博士生，来自伦敦帝国理工学院的大卫·索瑞。
防弹材料
与剑桥大学的Graham McShane博士合作
我们能做些什么来防止爆炸物造成伤害?剑桥大学的工程师
格雷厄姆·麦克沙恩(Graham McShane)致力于通过消散爆炸能量来抵御炸弹爆炸的材料。他在接受克里斯·史密斯....采访时表示，事实证明，同样的想法甚至可能在美式足球等身体接触运动中发挥作用
格雷厄姆:所以，开发保护材料的关键是控制传递到你想要保护的物体上的力。因此，当建筑物或车辆被炸弹或爆炸载荷击中时，压力会变得非常高。所以，这种压力会造成很大的伤害。它们会导致飞行器的高加速度这会导致比尔·普劳德刚刚谈到的那种伤害。所以保护材料的关键是减轻那些压力负荷，那些传递到飞行器上的力。我们的研究正着眼于使用细胞材料来实现这一目标。
克里斯:当你说“蜂窝”时，你能解释一下这是什么意思吗?
泡沫和蜂窝是蜂窝材料的例子。这些材料是由一系列细胞组成的，它们的细胞壁是固体的，但它们之间大部分都有空气间隙。当你挤压细胞物质时，它们会因细胞壁的弯曲而变形。这种屈曲有助于消散这些力。所以你试图保护的结构在更长的时间内感受到更小的力这意味着更少的破坏和伤害。
克里斯-我想汽车行业已经知道这一点了因为汽车被设计成有折叠区，所以当你撞到墙上时，汽车会折叠，这需要时间所以所有的力和能量不会很快直接传递给乘客。
格雷厄姆:原理完全相同，但实际上，在这些细胞结构中，我们试图在更小的范围内实现这一目标。
Chris -你开始用金属来做船和其他东西。
格雷厄姆:没错。我们对保护船只不受水下爆炸的影响很感兴趣，因为水下爆炸的压力非常大。所以我们需要非常坚固的材料，并且能够吸收大量的能量。这就是为什么我们要调查金属和钢结构。所以我们用不锈钢制作蜂窝状和波纹状结构用钢板焊接和钎焊将它们连接在一起。把这些材料放在夹层结构中在这些细胞材料外面有坚固的表面层然后看看它们如何保护结构不受爆炸载荷的影响。
克里斯:管用吗?
格雷厄姆:他们工作得很好。因此，它们能够吸收大量的能量，但它们也是非常高效的结构，这些夹层板。它们很轻，很硬，所以它们也可以减轻你的结构的重量。缺点是制造难度太大，而且成本更高。
Chris -你能不能考虑到你已经计算出这些材料的几何形状以这种方式耗散能量，然后说，“我不会用金属来做。我现在要用一些新材料来做。”
格雷厄姆:当然。有很多应用都依赖于相同的原理。所以个人防护装备是用来保护人们的头部或身体免受撞击伤害的，但是载荷的制度是非常不同的——力更低等等。所以你可能需要使用不同的材料。这就是3D打印真正发挥作用的地方。所以，我们可以用3D打印技术制造出非常复杂形状的细胞材料，这样它们就可以用塑料、橡胶和其他更柔软的材料包裹住身体或头部。我们可以用同样的方法来理解这些细胞材料是如何弯曲的，并将它们应用到这些新的应用中。
克里斯-那和美国橄榄球联盟的关系呢?
头部受伤在很多运动中都是一个很大的挑战。美式足球是一种，橄榄球是另一种，人们的头部会发生碰撞。人们会得到脑震荡，这可能会严重损害他们的职业生涯或使他们的健康处于严重风险之中。因此，这些材料在运动中有很大的潜在应用范围。
Chris -所以你会把你所学到的东西用在如何减轻爆炸对路虎车底的影响，如何减轻对个人的伤害;3D打印橡胶材料可以做成帽子或头盔之类的东西;这对足球运动员有好处，但我想，这同样可以在战场上找到一个家。
格雷厄姆:当然，但是在理解这些细胞材料的外壳在冲击载荷下是如何变形的方面有很多挑战。
克里斯:我想3D打印一定给你的工作带来了革命性的变化，因为把这些金属敲出来，听起来很重要，我们一直在努力做到这一点，但如果你能3D打印一些东西，你就可以非常非常快地做很多不同的实验。
格雷厄姆:没错。因此，3D打印给了你巨大的灵活性，可以用各种不同的材料制作出各种不同的几何形状，而且生产速度非常快。所以，你可以只做一个，你可以尝试不同的几何形状和不同的设计，这给了我们真正的自由去探索新的解决方案。
克里斯:嗯，像阿尔茨海默氏症这样的疾病，因为反复的头部损伤是身体接触运动中的一个大问题，所以将来会有很多美国橄榄球运动员要感谢你，格雷厄姆。非常感谢你来和我们讨论这个问题。这是Graham McShane;他是剑桥大学的工程师。
设计更好的防弹衣
与萨里大学的亚当·希利合作
不仅交通工具需要保护，防弹衣也是战斗中的关键武器
对炸药。它不仅要保护穿戴者，而且要足够轻便，使他们能够有效地工作。这导致了多年来各种创造性的解决方案，从液体防弹衣到使用蜘蛛丝等天然材料。亚当·希利在萨里大学研究这一领域。
Kat -现在的士兵或警察会穿什么样的防弹衣?
亚当:你在地面上看到的那种典型的装甲，如果你考虑一下他们穿的那种典型的平底夹克，它的面料通常是由凯夫拉尔或尼龙制成的，它们是非常结实的纤维。它们的前部、侧面和后部都有口袋，口袋里插着硬板，用来阻挡高能撞击，比如穿甲、子弹等，这些东西通常由陶瓷和复合材料制成。与其他材料相比，陶瓷有几个优点。我的意思是，举个例子，最主要的事情之一就是重量。陶瓷和复合材料系统比几乎任何其他材料(如金属)都能阻止更高的能量冲击。它需要更厚的金属板来阻止陶瓷所能阻止的爆炸。如果有“防弹”这个词的话，要确定与之相关的具体材料特性是相当困难的。高硬度通常被用作这方面的指标。尽管装甲的发展一直在努力改进的是成本。如果可能的话，我们可以试着给所有士兵戴上钻石盔甲，但这非常非常昂贵。
凯特-那肯定会很耀眼的。
亚当:我不确定这是不是主要的问题，但是是的，它会。
凯特-也许不是。跟我说说你的工作吧。你的工作是陶瓷。是什么在它们的结构中起作用，使它们能够抵御高冲击力?
普通的陶瓷装甲系统的工作原理是一层陶瓷和一层复合材料。陶瓷的作用是摧毁子弹复合材料的作用是捕获所有剩下的碎片。陶瓷以各种不同的方式做到这一点。它很硬，所以子弹被撞碎了。当它破裂时，它开始侵蚀子弹穿过系统。碎片飞走了，带走了能量，我们正在检查碎片，试图弄清楚到底发生了什么。比如，这些碎片是如何形成的。通常情况下，当你射击某物时，碎片会落在射击它的枪后面，然后散布到靶场各处。但我一直在用不同的方法来捕捉所有的碎片，我一直在努力描述这些碎片的特征，同时，寻找弹道事件产生的碎片和我们可用的其他测试产生的碎片之间的相似之处。
凯特:所以，你试着把所有这些信息放在一起，来预测材料的反应?
亚当-差不多，是的。这是一个非常大，巨大和困难的拼图。
凯特，我能想象。在这种防弹衣中，陶瓷的未来将走向何方?
亚当:嗯，现在很多人都在研究陶瓷复合材料。他们有一个实心的陶瓷板，里面有不同的颗粒，可以改变陶瓷在撞击下的行为。比如它可能会改变裂缝的方向，或者以不同的方式产生碎片，这将对材料的弹道强度产生影响。甚至是有变化的材料，甚至是在原子水平上，在高强度的冲击下改变陶瓷的行为。
Kat，我想说的是，我们刚刚听到Graham谈论了灵活性的问题，以及他正在研究的材料结构的方法。我的意思是，对于陶瓷来说，它们很硬，不太灵活。
亚当:是的，没错。有时你会听说士兵们干脆抛弃了那些坚硬的装甲板，直接把它们从扁平的夹克里拿出来。有时人们试图开发新的陶瓷板，实际上是由许多小盘子组成的，就像马赛克图案一样。但它们不像固体陶瓷片那样坚固。
凯特:所以，在你需要的柔韧性和承受这种冲击的强度、硬度之间，总是会有一个选择。
亚当-这是防弹衣开发正在努力改进的地方。
Kat -我们听说了一些防弹衣的新想法。有一种液体防弹衣的想法。我是说，那是关于什么的?
亚当:我对这些发展持怀疑态度，因为我还没有找到任何关于它们的学术论文。但它的工作原理是，这些液体中的分子在高冲击下重新排列，变得坚硬。我目前的理解是，它变硬的速度不够快，也不够强，无法阻挡子弹。它主要用于处理凯夫拉尔背心以增加其抗刺伤能力。
Kat -用自然世界作为灵感来源来告诉我们防弹衣的发展如何?
亚当-仿生盔甲的灵感来自于自然界中发现的结构，是一个非常非常令人兴奋的主题。我读过一篇非常有趣的论文，研究螳螂虾，它们四处乱窜，做自己的事情，基本上一生都在把螃蟹打死。
凯特-好吧，他们很强壮。
亚当:你可以想象他们用球杆来做这些的力量，以及他们一生中一遍又一遍不断的撞击。制作这些球杆的材料在吸收冲击方面必须非常出色。所以有些人在研究它们是如何做到的，看看它是否能应用到装甲上。
地球上最昂贵的元素是什么?
格雷哈·杰克逊把约翰的问题交给了赫尔大学的化学家马克·洛奇。
马克:很多材料都非常昂贵。有一些药物，比如soloris，一年的治疗费用高达70万美元。有些化学品由于滥用药物或污染而造成很高的社会成本。但严格来说，这些都不是元素。它们是结合在一起的被称为分子或矿物质的元素的混合物。
Graihagh -啊，所以它们不是严格意义上的元素。这让我们的搜索范围缩小了一点。所以，我们很清楚。元素到底是什么，马克?
元素本身是不能被化学分解成更简单物质的东西。当然，它们在元素周期表上都有很好的排列，或者在歌曲中也有。有锑，砷，铝，硒，氢，氧，氮，铀等等。所以，作为一个化学家，我要用这个元素的定义。
Graihagh -好的，我们正在寻找一个元素，但是我们说的昂贵是什么意思呢?
马克:嗯，我们的生活离不开氧、碳以及其他一些元素，这些元素都是无价的。但为了让事情简单一点，我想我还是坚持纯粹的货币价值。
格雷哈——战斗开始吧。重量只有原子质量的12倍，它是轻量级的失败者，碳。
马克:当你用石墨做铅笔时，它可能只需要几分钱，但如果把它变成最好的钻石，每克它可能会卖到10万美元。
Graihagh -这是一个沉重的价格标签!还有什么是竞争者?
马克-砹-有放射性。半衰期只有几个小时，它的衰变速度和它产生的速度一样快。结果是，整个地球上自然产生的砹可能不到10克。但是砹仍然不是元素周期表中最稀有的元素，如果我们把人造元素算进去的话。这一荣誉可能属于livermorium，它是由重原子轰击在一起，使它们短暂地融合成新元素而制成的。只有少数原子曾经存在过，它们的半衰期为61毫秒，它们也不会停留很长时间。但是，虽然这些制造成本高得惊人，但没有商业理由这样做。
Graihagh -我们的冠军还剩下什么?
马克:这是另一种人造元素，但很有用。应用范围从启动核反应堆到某些癌症的放射治疗，但它并不便宜。你还需要拨出2700万美元来购买1克黄金。
格雷哈-淘汰赛的赢家是加州队!
- 以前的柠檬酸:化学中的元素
- 下一个地球上最昂贵的元素是什么?
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