本周，我们将听到宇宙中最明亮的光之一如何帮助科学家们制造更好的喷气发动机，对抗耐抗生素细菌，以及解读死亡已久的恐龙的生化组成。此外，恐惧和恐惧症是如何通过气味从父母传递给孩子的，为什么第一印象真的很重要，以及作为主音吉他手的物理学……
在这一集里
你的脸能说明什么?
与约克大学的汤姆·哈特利合作
特洛伊的海伦显然有一张能发动一千艘船的脸。科学家们说，我们通过观察一个人的脸，在不到十分之一秒的时间内就能形成对他的印象。但是我们是基于什么特征得出这些观点的呢?约克大学的科学家们通过研究成千上万张面孔以及人们对这些面孔的反应，开发出了一个电脑程序，可以告诉我们别人看到我们时会有什么反应。这显然会在工作面试甚至约会网站上派上用场!汤姆·哈特利领导了这项研究，并采访了克里斯·史密斯。
汤姆:当人们看一张脸的时候，他们就会对所看的人形成一个印象。所以，他们首先能够判断年龄和性别，也许是更客观的特征。但同时，他们也会对更主观的品质形成印象。比如，一个人是否平易近人，是否自信，是否健康，是否有进取心——人们可以根据他们的长相来猜测谁将赢得选举。另一个例子是法庭案件。因此，有一些研究表明，法庭案件的结果可以由他们所看到的人的脸来决定。
Chris -那么，你是怎么处理这个问题的?你做了什么来找出人们在评估一张脸时真正想要寻找的关键特征是什么?
汤姆:嗯，我们有一大堆面孔，只是从网上抽取的普通图片。我们看了所有这些图像，仔细地看了一遍，在面部周围放置了179个点，形成了一幅像点连接图一样的图像，描绘了整个面部。
对于同样的照片，我们还要求评委们看这些照片并告诉我们他们对这个人的看法，这样我们就会说，“这个人平易近人吗?这个人有攻击性吗?”我们对这一千张脸中的每一张都有16个不同的评分。然后我们真正想做的是研究脸部的点连接图和社会印象之间的关系。所以，为了做到这一点，我们训练了一个计算机模型，让它只根据脸型的信息来猜测人们会对这个角色说什么。我们可以证明，仅仅通过训练计算机，我们就可以相当准确地猜测人们会对这个人的性格说些什么。
克里斯:管用吗?你能让电脑预测一个站在你面前的人，公众会怎么评价这个人吗?
汤姆:是的，据我们所知，它是有效的。我的意思是，我们知道它会很好地工作，这就是所谓的交叉验证程序，我们在一组数据上训练它，然后在另一组数据上测试它。当我们在自己的球场上尝试时，它似乎确实有效，我们得到的评分符合我们自己的主观判断。对于未来的工作，很明显，通过使用一组全新的面孔来证明这一点，并找出模型的预测是否与我们所拥有的一致，这将是很好的。
Chris -你认为有可能把这种读出的信息用它来给一个人反馈吗?因为很明显，你很难改变自己的面貌。人们常说:“我的脸很适合做广播。”也许我们不会去那里。但关键是，你的系统能否给我一些反馈，帮助我调整面部表情的方式，或者我倾向于采用的表情，以鼓励我在与我打交道的人中产生更大的信任感，或者与人进行更友好的互动?
汤姆:是的，完全正确。我的意思是，这是这项研究最重要的意义之一。但是，我们发现的一个有趣的事情是，许多影响我们社会印象的特征在一张照片中会有所不同，而在另一张照片中则会有所不同——例如，平易近人或值得信赖，用一个温暖的微笑来表示。嗯，一个温暖的微笑可能在一张照片中出现，而在另一张照片中却没有。所以，如果你想显得更值得信赖，第一步就是拍一张带着温暖微笑的照片。这个模型可以准确地告诉你哪些照片看起来最温暖，最平易近人，哪些照片让人产生支配感，哪些照片让人产生吸引力。所以，你可以选择的图像，要么最大化所有这些东西在同一时间，这将是非常棒的，我想，也许你可以选择的图像，是正确的，为特定的目的，你有一个时刻。
所以，如果你打算把你的照片提交给在线约会机构，你可能更关心的是看起来年轻有吸引力。但如果你是在申请一份工作，并把你的照片附在简历上，也许主导地位和可信度更重要。因此，在不同的情况下，你可能想用不同的图片来描绘不同的社会印象。我们现在已经很好地掌握了是什么让这些图像产生了这些印象。所以，我们把这种本能的知识放在更科学的基础上。
来自约克大学的克里斯-汤姆·哈特利。他本周在《美国科学院院刊》上发表了这篇文章。
大麻不可逆转地改变了大脑线路
迈克尔·布卢姆菲尔德，伦敦帝国理工学院
新的研究表明，长期吸食大麻会重塑大脑，使其对一种名为多巴胺的化学物质不那么敏感，从而使吸食大麻的人有变得抑郁和失去动力的风险。Hannah Critchlow参加了2014年英国精神药理学协会的会议，并与来自伦敦帝国理工学院的Michael Bloomfield进行了交谈。
Michael:多巴胺是大脑中一种非常有趣的化学物质，它能做很多很多事情。它所做的一件事就是在你的大脑中发送一个信号，当一些令人兴奋的事情即将发生时，一些值得奖励的事情。因此，它与动机有关。现在，我们发现大麻使用者的动机水平和多巴胺水平之间存在相关性。我们发现，他们的多巴胺水平越低，他们就越没有动力。
汉娜:所以，当你感到快乐的时候，你的大脑会分泌多巴胺和奖励，当你兴奋起来，受到某事的激励时，大麻实际上会减少你大脑中多巴胺的含量。对吗?
迈克尔:我们认为，如果你吸食大麻，它可能会释放出一些多巴胺。当人们长时间大量吸食大麻时，就像人们可以使用的娱乐性毒品一样，多巴胺系统会习惯于受到刺激。因此，它试图通过降低多巴胺的分泌量来适应。
汉娜:你需要吸多少大麻才能重新连接并改变大脑中的多巴胺通路?
Michael:在我们的研究中，所有的大麻使用者都是重度大麻使用者。所以，在英国，大多数大麻都是按1/8出售的，也就是1/8盎司。大概是3.5克。在我们的研究中，大麻使用者每周吸食四分之一盎司的大麻，这是相当多的。所以，至少从这项研究来看，我们谈论的是相当大量的使用。我认为需要做更多的工作来回答这个问题。我认为另一件非常有趣的事情是，我们越来越了解大麻中不同的化学物质。所以，大麻中可能有近百种不同的化学物质。根据它们之间的平衡，它们可能对大脑有不同的影响。有一种叫四氢大麻酚，是主要的一种，另一种叫CBD。 What we think is really important is, it's the balance between these as to the effects that they have on the brain in the short term but also the long term.
汉娜:那么至少在你的研究中，规律地使用大麻，每周至少几次，实际上会降低或使大脑的奖赏通路失去敏感性，这样你可能会感到冷漠和缺乏动力?
迈克尔:当然，根据我们的调查结果，我们是这么认为的。我觉得事情开始有头绪了。几乎一半的年轻人在他们生命中的某个阶段尝试过大麻。我认为长时间大量吸食大麻似乎确实有这种效果。过去有人做过一些关于教育成果的研究，发现大量吸食大麻的人，重要的是，他们继续吸食大麻，会影响他们在学校、大学或工作生活中的表现，这可能与教育成果密切相关。
另一件事是，有证据表明经常吸大量大麻的人更容易抑郁。这一点更有争议，因为很难弄清楚是大麻让人抑郁，还是抑郁的人情绪低落，更有可能吸食大麻来缓解情绪。但是，我们也知道这种化学物质多巴胺可能也与抑郁症有关。抑郁症的主要症状之一是无法享受事物。如果说有什么不同的话，那就是人们发现最令人沮丧的是他们不能再享受他们曾经喜欢的东西了。我认为这也可能与此有关，但我再次认为，需要做更多的研究来研究所有这些因素是如何影响多巴胺的，以及多巴胺是如何影响我们的感受的。
汉娜:那些经常吸食大麻的人，如果他们现在停止吸烟，他们的大脑会重新平衡自己，重新调整自己，这样他们就能感受到快乐和奖励的感觉，以及之后的动力吗?
迈克尔:一些已经完成的研究是针对曾经吸食大麻的人进行的。在这些研究中，他们只在多巴胺系统中发现了非常非常小的缺陷。所以，我们认为在一段时间的禁欲之后大脑会恢复正常。所以，我认为如果人们担心他们吸食的大麻量，如果大麻对他们有负面影响，那么我的建议是要么停止吸食，要么至少减少吸食的大麻量。
埃博拉病毒
克里斯·史密斯，剑桥大学
本周我们看到了来自西非最严重的埃博拉疫情的报道
自20世纪70年代首次发现这种疾病以来。到目前为止，塞拉利昂、几内亚和利比里亚已有700多人死亡。各国政府一直在召开紧急会议，讨论这一威胁。Ginny Smith把你的问题交给了病毒学家Chris Smith…
金妮-但埃博拉到底是什么?它从哪里来，我们能做些什么来阻止它?克里斯，你是病毒学家。事实上，我们已经收到了来自推特(@chainG)的问题，想知道是什么导致了埃博拉。
克里斯-埃博拉金妮，是一种病毒。这就是我们所说的丝状病毒，在显微镜下，你会看到它很细，它们看起来就像小稻草或帐篷的钉子，因为它们经常弯曲，把自己缠在一起，有时甚至把自己缠成8字形。它们大约是18纳米。所以，直径是1毫米的千万分之一，长度是1毫米的千分之一。当它们通过感染者的体液传播时，有时甚至可能通过空气传播，这很有趣，因为我们在这里有一条来自科林·帕灵顿(13:15)的推文，他说:“如果埃博拉病毒不是通过空气传播的，为什么医护人员要用口罩捂住鼻子?他们认为它有可能通过空气传播吗?”是的，我们有。如果一个人感染了埃博拉病毒，那么他身体的任何部位都具有传染性。当他们受伤，或者被针扎进体内取样，或者当他们给液体，或者如果他们生病或腹泻，所有这些体液都具有传染性，可以上升到空气中，一个人可以让这些颗粒落在他们的眼睛或嘴里，这可以感染他们。
金妮-是什么让埃博拉病毒如此致命?为什么这么多人死于这种疾病?
克里斯:嗯，这不是人类感染，自然是果蝠感染。我们从2005年就发现了这一点，当时一位名叫Eric Leroy的科学家在非洲进行了一次大规模的诱捕实验，他在埃博拉病毒爆发的地区周围尽可能地诱捕了所有的动物，这些地区实际上影响了类人猿，因为不仅仅是人类死亡。他们发现，当他们对捕获的蝙蝠进行埃博拉抗体和埃博拉遗传物质测试时，它们都呈阳性，证明它们都被感染并携带埃博拉病毒，这是你所期望的携带者。因此，看起来是蝙蝠将病毒传染给其他动物，然后传染给人类，甚至直接传染给人类，然后在人类中爆发。
金妮——那么，这是否意味着它对蝙蝠来说不那么致命?
Chris:是的，这就是为什么它对人类有害的原因因为病毒进化到可以在蝙蝠中生存，如果你过快地杀死宿主，那就不太好了，因为你不能把自己传染给其他人。你想要保持一种状态，即你的宿主在携带你时具有传染性，但不会杀死你。但蝙蝠的免疫系统和身体与人类非常不同。我们都是哺乳动物，但我们彼此有很大的不同。病毒进化到可以骗过蝙蝠的免疫系统，但当它进入人类体内时，这是一个大规模的过度杀伤案例病毒实际上进入了我们的免疫系统本身。它攻击树突状细胞，在树突状细胞中生长，但同时，触发大量或大量的免疫信号化学物质的释放，使免疫系统完全失控。与此同时，我们的第一道防线——淋巴细胞——也就是抵抗感染的白细胞。这驱使他们自杀。因此，你的免疫系统功能会非常非常差，大量的炎症化学物质会释放出来，导致你的身体进入一种休克状态。
金妮-所以，这几乎是让我们的身体互相对抗。有什么治疗方法吗?
克里斯:目前还没有，这是个大问题。我们唯一能提供的就是支持性治疗。这意味着基本上，你要用一切可能的方法来支撑他们衰竭的器官，确保他们有足够的液体，确保他们有热量摄入，确保他们的血压保持在高位。同时，处理凝血问题因为人们进入休克状态意味着他们消耗了自己所有的凝血因子。因此，出血的风险很高。晚期埃博拉病毒的一个特点是患者的每个孔都会出血。甚至他们的眼泪也可能充满了血。因此，通过支持性管理确保不发生这种情况是主要的，最终我们希望我们能研制出疫苗。
金妮——这是我的下一个问题。我听说有疫苗我们离那还远吗?
克里斯:包括美国在内的许多国家的科学家已经做了一些实验，他们提取了埃博拉病毒的外壳蛋白，也就是外壳。他们将这种基因插入到另一种无害的病毒中，一种通常引起普通感冒的腺病毒。我们的想法是，当普通感冒病毒繁殖时，你可以用这种病毒感染别人，它也会向免疫系统显示埃博拉病毒的样子，因此你可以安全地制造对抗埃博拉病毒的抗体。所以，如果你感染了埃博拉病毒，你就会有抗体来保护你。
金妮-那我们离真正帮助别人还有多远?
这并不是研究的重点，因为到目前为止，埃博拉还没有对那些有钱或有意愿制造疫苗的国家构成重大威胁。这是自1976年首次发现埃博拉病毒以来40年来最严重的一次疫情。事实上，现在已有700多人死亡，我们已经有超过1200个病例，它正在影响那些进入机场的人，以及可能在西方国家打击范围内的人。突然之间，西方国家的注意力集中起来，并将开发一种可能有效的疫苗作为研究重点。
金妮:你认为它传播并影响英国人的可能性有多大?
克里斯:嗯，幸运的是，我认为目前的风险很小。我想我们不必马上担心。但事实是，数以百万计的飞机航班正在发生，人们一直在乘坐飞机旅行。因此，国家之间的传播速度非常快，埃博拉病毒的潜伏期可能长达三周。所以，完全有可能有人离开一个国家，在没有埃博拉症状的情况下，到达另一个国家，比如西方国家，然后出去，但在我们真正知道他们感染了什么之前，他们就开始做自己的事情，有可能感染别人，因此，我们可能会爆发疫情。这就是为什么各国政府一直在开会讨论各种策略，以防止这种情况发生。
无人驾驶汽车
自从汽车被发明以来，它们已经慢慢地变得越来越自动化——防抱死系统和巡航控制系统现在在大多数车辆中都很常见……
自动与前车保持安全距离，甚至可以自动停车的汽车现在正在出售。然而，完全自动驾驶汽车可能还有一段路要走。
无人驾驶汽车使用激光、声纳、雷达和红外传感器的不同组合来扫描前方和周围的道路。结合摄像头检测道路标记和标志以及GPS导航，这使他们能够建立一个他们正在旅行的世界的图像。
例如，谷歌的自动驾驶汽车使用64个被称为“激光雷达”的旋转激光束，每秒进行100多万次测量，形成精确到厘米的3D模型。
在未来，汽车很可能能够相互通信。这意味着汽车可以提前收到前方车辆的破道或变道警告，使他们更容易和更安全地计划他们的操作。其中一个系统目前正在底特律进行测试。
更好的通信也将使无人驾驶汽车形成“公路列车”，彼此跟随。这将减少事故和交通堵塞，增加道路的通行能力。空气动力学效果也将提高燃油效率高达30%。
美国国家公路交通安全管理局估计，超过90%的道路交通事故涉及人为失误，因此无人驾驶汽车实际上可能比现有车辆更安全。
将自动驾驶汽车推向市场的最大障碍之一是价格。安装在谷歌汽车车顶上的激光雷达目前售价约为7.5万美元。然而，他们希望到2018年将价格降至更实惠的水平。
法律问题也是有争议的，因为许多驾驶法需要重写。如果一辆自动驾驶汽车真的发生事故，谁来负责还不清楚，所以这使得保险变得复杂。
恐惧的气味
与密歇根大学的Jacek Dubiec合作
精神病学家知道，恐惧和恐惧症——比如害怕蜘蛛或针——往往会在家族中遗传，而我们的嗅觉可能在这个过程中起着一定的作用。Jacek Dubiec告诉Chris Smith更多详情。
作为一名精神科医生，我经常看到焦虑父母的孩子也很焦虑。所以，我想知道焦虑——恐惧——是如何从父母传递给孩子的?出于这个原因，我们训练雌性老鼠害怕气味。在我们的实验中，我们使用了薄荷味。所以，当雌性老鼠闻到气味时，我们给它们非常轻微的电击，让它们产生恐惧的反应。然后我们将它们与雄性配对，当它们怀孕并分娩时，我们让它们在新生幼崽面前再次接触这种气味。我们观察到，幼崽后来表现出对气味的恐惧和回避。它依赖于母亲对它们面前的气味表示恐惧。
克里斯:你怎么知道那个妈妈真的害怕那种气味?
Jacek:所以啮齿类动物通常是非常灵活的;他们经常搬家。当他们害怕的时候，他们会僵住。它们不动。
克里斯-当你测试幼崽的时候，也是用同样的方法吗?你只是把这种气味呈现给他们，然后你看到他们也冻结了。
我们实际上做了两个行为测试。一种是暴露在气味中，事实上，我们观察到暴露在气味中会使它们冻僵。我们做的另一个测试是一个有字母y形状的迷宫:两条手臂。我们在一只手臂上放置了引发母亲恐惧的气味，在另一只手臂上放置了中性气味。我们在幼崽身上观察到，它们会避开带有气味的手臂，这种气味会让妈妈感到害怕。
克里斯:那么，你认为幼崽们是如何体会到妈妈的恐惧，然后学会害怕和妈妈一样的东西的呢?
Jacek - 6、7天大的幼崽看不见也听不见。因此，我们假设，幼崽通过气味了解母亲的恐惧。在一个实验中，我们把幼崽和母崽分开，我们吓唬母崽，同时，通过管子，我们把空气从母崽身上抽到幼崽身上。这足以让幼崽们了解到母亲的恐惧。然后我们观察大脑的活动，我们发现处理气味的部位被激活了，同时，大脑中另一个已知与探测危险有关的重要部位——杏仁核——也被激活了。
克里斯-那么，把这些放在一起，某种气味是由受惊的母亲发出的。这种恐惧的气味传给了她的后代，这种恐惧的气味加上她同时经历的气味告诉这些孩子自己在大脑中建立起与母亲相同的恐惧回路。所以他们在未来也害怕同样的事情?
杰克:对。
克里斯:但是，现在，你不知道是什么化学物质引发了这种传染性的恐惧反应?
杰塞克-我们不知道，但我们有一些线索。在早期的研究中，研究人员分离出一种所谓的“警报信息素”。一种小鼠或大鼠在面临威胁时产生的物质。其他的老鼠会把它捡起来。我们观察了小狗大脑中处理报警信息素的结构。我们发现这些结构被激活了。
克里斯-你认为这种恐惧传播效应也会发生在人类身上吗?
Jacek，我确实认为我相信，我几乎相信，确实如此，因为我们有临床研究表明，例如，父母有牙科恐惧症的孩子，也就是害怕牙医的孩子，这些孩子很可能也会对牙医产生这种恐惧。还有一些恐惧症是由父母遗传的。在这种情况下，我说父母，因为父亲和他们的情绪也很重要。现在的问题是，这些恐惧是如何传播的。我们从人类研究中得知，婴儿对妈妈表达的情绪非常敏感。其中一个众所周知的现象是所谓的“社会参照”，当婴儿和妈妈或爸爸在一起时。一个陌生人走过来。比方说，如果妈妈在微笑——很开心——那么婴儿就会欢迎陌生人。但如果妈妈不开心，孩子可能也会不开心。所以，我们知道婴儿会对情感交流做出反应……
弹吉他的科学
大卫·罗伯特·格兰姆斯，牛津大学
你可能对电吉他的声音很熟悉，几十年来它一直主导着流行音乐。但你可能不太熟悉一些主音吉他手使用的技巧，通过在演奏时用手指巧妙地弯曲和振动琴弦，使他们的乐器发出富有表现力的声音。牛津大学的业余吉他手和专业物理学家大卫·罗伯特·格莱姆斯博士想知道吉他手发出这些声音时发生了什么。凯特·阿尼全神贯注地听着……
大卫-任何吉他手谁玩有这些直观的技术，他们使用。现在，我认为吉他对大多数吉他手来说很有趣的原因之一是你可以用它表达的数量。当你在弹钢琴的时候，音高是很谨慎的，你会在音符之间切换，你会敲击C或升C，如果钢琴的音调是正确的，它们就是你会听到的音符。例如，当一个人唱歌时，我们唱到一个音符，但我们在它周围颤抖。我们设置一个我们可以控制的自然颤音。这样听起来就很好听了。
在吉他上，你的音调以类似的方式是不谨慎的。你可以在音符之间的微音中弯曲你可以探索它它给吉他带来了人声的品质。你需要做的是机械地，你需要操作字符串来得到这个。我想这就是我开始的动机。我说，“我想从物理学的角度看看当我这样做的时候会发生什么，为什么我要做这个投球?”
凯特-那么，你是如何试图理解这里发生了什么?
大卫:拉伸弦的数学和物理学从古代就已经为人所知。我想任何A级学生，或者如果你在爱尔兰，毕业证书的学生都知道第一个拉伸弦的方程它与它的长度，张力和线密度有关。所以，我开始说，“好吧，让我们看看如果我把弦弯曲，并把它从指板上移开会发生什么。”现在，我说过，如果我们做一个力的图，我们算出发生了什么，加上了什么拉力，让我们看看最终的结果是什么就是这样。它开始是一个循序渐进的一步一步从一根拉伸的弦开始，然后对它施加力，看看净效果是什么。
这就像吉他手在弹奏一个音符的时候把弦在一个音架上弯曲。
大卫:当然，看看在球场上发生了什么，当你解决了所有的向量，你把所有的张力加在一起，你还剩下什么，这对球场有什么影响。
那么，这个模型，你所研究的数学，它能告诉我们关于弹吉他的什么呢?
我想是数学家G.H.哈代说的，他很高兴他的工作没有一项是有用的。有时我想这样的描述可能适用于我的一些爱好工作。但是我想它能做的可能是有用的是，有很多不同的字符串类型可供玩家使用。举个例子，如果他们想选一根不怎么弯曲的弦，他们可能会看-他们可能会凭直觉这么做-但如果他们想量化，他们可能会看方程然后说，"是的，我需要一根相对坚硬的弦理想情况下，它的面积要大，当我不希望它弯曲时，它会停止弯曲"相反，如果他们想要举办Eric Clapton风格的大型活动，他们可能会选择完全相反的方式，甚至根据这些方程来量化最好的材料是什么。
现在有越来越多的电脑程序可以模仿不同的乐器和不同的声音。你认为你的数学对这些有用吗?
大卫:理论上是的。不幸的是，当我在不同的乐队演奏时，我也弹键盘，其中一件事是，如果你在模拟乐器，我想大多数吉他手会注意到，当你把吉他弦放在你运行的时候，它听起来很可怕。它甚至都不及格。我想我们很多人，因为它没有考虑到人类触摸的机制以及我们如何在弦周围探索。所以，有人对数字乐器建模感兴趣，他们想说，以更自然的方式考虑弯曲，甚至是吉他手的颤音，我在论文中也提到过，以更自然的方式。他们当然可以用这些方程。
Kat -最后，你最喜欢的主吉他手是谁?
大卫:这是我每天都在纠结的问题。我发现我喜欢非常不酷的音乐类型。我的意思是，我可能会说梦幻剧场的约翰·彼得鲁奇是我最喜欢的吉他手，但我也有像布莱恩·梅这样的人，我从小就喜欢，还有史蒂夫·瓦伊和乔·萨特里亚尼。所以，选择其中一个，就像在孩子之间选择一样，我做不到。
克里斯-大卫·罗伯特·格兰姆斯。他在跟凯特·阿尼说话。金妮，你最喜欢的吉他手是谁?
Ginny——我是红辣椒乐队的超级粉丝，所以我真的很喜欢里面的吉他演奏，我父母以前经常弹老鹰乐队的歌，老鹰乐队里有很多很棒的吉他独奏。所以，可能是这些家伙中的一个。
克里斯-你没选吉尔莫夫妇或汤森德夫妇。我有点惊讶。你不是谁人乐队或者平克·弗洛伊德的粉丝?
金妮——不太喜欢。跟我擦肩而过。
同步加速器是如何工作的?
Ed Rial, Diamond Light Source
钻石光源是一个同步加速器，是一种
粒子加速器。它利用强大的磁场推动一束被称为电子流的负粒子流以接近光速的速度沿着一条长而圆的路径运动。当电子沿着半公里长的路径弯曲时，它们会释放出比太阳亮1万倍的x射线，科学家们可以利用这些射线来研究晶体或喷气发动机部件的结构，甚至可以阅读古代手稿!格雷哈·杰克逊去了牛津郡乡村的戴蒙德，看看它是如何运作的。
艾德-我叫艾德·里亚尔。我是这里的插入装置物理学家。所以，我在这里做了一些特殊的磁铁，让钻石特别明亮。钻石是一系列的粒子加速器，可以将电子加速到接近光速，基本上，像钻石显微镜一样利用光来观察物质的微小细节。
Graihagh -钻石和欧洲核子研究中心有什么不同?
所以，欧洲核子研究中心是一个巨大的机器在瑞士阿尔卑斯山，他们加速粒子称为质子。他们以巨大的能量将它们粉碎，以真正观察物质的基本序列以及宇宙早期发生了什么。
在戴蒙德，我们加速电子，把它们放进我们的储藏室，我们加速它们进入光，然后我们不想撞到任何东西，因为我们想利用它们通过磁铁时发出的辐射。
所以，就技术而言，我们非常相似，但就产出而言，我们看起来是一门非常不同的科学。
grahagh -我们现在在储存室里，我可以看到很多不同颜色和大小的磁铁、冷却设备和很多不同的电线。但这只是整个钻石的一个方面。也许你能告诉我发生了什么以及我们是如何来到这个储藏室的。
电子将在设施的中心开始它们的生命。所以，你从天上看戴蒙德，你看这个巨大的宇宙飞船甜甜圈。在甜甜圈里面，有一条短线，然后是一个小甜甜圈，然后是一个大甜甜圈。电子从这条短线开始，电子从加热的阴极发射出来，然后以步行的速度运动。然后电子穿过它们相应的管子，这就是直线加速器。它使电子从最初的90千电子伏特上升到100兆电子伏特，这已经是光速的99.99%了。
一旦我们达到我们的运行能量，我们就会进入我们现在所在的主储藏室。我们只是在寻找弯曲的通道，从那里电子可能进入主存储室。然后他们绕着560米的周长旅行。然后它们在一个真空容器中移动，这个容器穿过主储藏室里所有的电子磁体。
磁铁本身是一大块钢铁，它产生了一个直磁场，然后弯曲了一束电子，使它们保持在环的轨道上。这有点像秋千。一旦它转动，挥杆球就会转过来，你用球棒击打它，电子就会重新获得它们失去的能量它们就会在储藏室里转。
当它们弯曲时，它们会发出很强的x射线辐射，也会发出红外线。这些光，红外可见光，x射线，然后通过光束线发送到实验站，科学家们在那里对晶体和其他材料进行各种研究，以找出它们的结构。
Graihagh -光束线发生了什么?
艾德:这里使用了很多技巧。这里的许多光束线使用晶体学，所以他们选择x射线的能量，他们将x射线发射通过一个很小的晶体，他们将得到一个斑点的图案，然后他们可以用它来确定他们正在观察的蛋白质或分子的实际结构。
Graihagh -真的，钻石就像一个巨大的显微镜，可以让你看到物质的分子水平。所以，当你在实验室里使用普通的显微镜时，你可以看到细胞，你可以看到更高保真度的原子在材料中原子的位置。
埃德:那将是一个非常广泛的版本，将会有非常多的计算和非常多的科学进入这些东西的部件和终端。我们真的是站在许多代科学家的肩膀上。
金妮——物理学家艾德·里亚尔在钻石同步加速器与格雷哈·杰克逊谈话。
超强的飞机发动机
与剑桥大学的刘易斯·欧文斯合作
每年，成群结队的研究人员访问戴蒙德，使用该设施进行研究。它有助于发现新药和提高喷气发动机的性能。来自剑桥大学的刘易斯·欧文斯与克里斯·史密斯和金妮·史密斯一起在演播室做了一个实验，展示了他们是如何测试金属强度的……
路易斯:你们大多数人在度假的时候都见过飞机侧面的喷气发动机，你们会注意到在前面有一个巨大的风扇叶片，它有效地将空气吸入机器中，然后通过一系列的压缩和室，在那里它与燃料混合并产生非常小的定时爆炸。在发动机的后部，你要以极快的速度旋转，承受难以置信的高温和极大的力——所以我们需要能够承受这些极端温度和压力条件的金属。
克里斯:你说的极端温度，有多极端?
路易:大概在15到16度之间。温度通常高于金属的熔化温度。这几乎相当于把一块冰块放在烤箱里，即使你把烤箱的温度调高，也要让它保持固态，大多数人都知道这几乎是不可能的。
克里斯:我们为什么不把引擎的温度调低一点，这样它们就不会融化了呢?
路易斯:嗯，事实上，这个发动机，像大多数发动机一样，是通过将热能转化为运动来工作的。事实上你会发现，运行温度越高，引擎的效率就越高。
Chris -但为了做到这一点，我们需要合金或材料能够承受越来越恶劣的条件，而我们目前还没有。
路易-是的，目前还没有。我们使用一种被称为超级合金的合金，因为它们的特性允许它们在如此极端的条件下工作。但我们一直在寻找设计这些合金的新方法，以创造我们想要的物理特性。
克里斯-你是怎么做到的?
路易斯:所以，我们的方法之一就是使用钻石光源来探测和了解这些合金的结构是如何工作的。事实上，大多数金属和合金都是一种晶体，如果你可以想象一下，它们是由一系列乐高积木堆叠而成的，但是这些积木的大小通常会有细微的差别，然后受到发动机施加的力的不同影响。这些原子之间的距离是十亿分之一米，所以我们没有标准的光学方法可以简单地观察它们。所以我们必须使用这种极强的辐射，这种衍射效应，如果你见过波浪进出港口，当波浪到达一个小缝隙时，这些波浪就会扩散开来。我们在戴蒙德也是这么做的。但不是海港墙，而是观察这些原子之间的间隙用的是x射线，而不是水波。
克里斯:因为x射线非常小，你需要进入非常小的原子间隙。
路易斯:没错。
克里斯-现在，你带来了一些东西给我们看。
路易斯:我带来了一个非常简单的小演示。我得到的只是一支普通的激光笔，我很好心地向金妮借了一根头发。所以，如果我用激光笔照着头发，你可以看到墙上的激光点在一点点光的照射下，在两边都产生了小小的斑点。
克里斯-是的，我看到了。中间有一个漂亮的绿色大点，两边有很多小点。那么，是什么产生了这些小点呢?他们为什么在那里?
路易斯-两边的光都打在头发上，向两边扩散。然后来自一边的光与来自另一边的光相遇，它们要么加在一起，就像如果你把两个水波加在一起你会得到一个更大的水波，要么它们相互减去。所以，你会看到一小块看不到光的地方。所以，你得到了这个交替的图案，我们可能离墙大约一米半的距离，这些斑点大约相隔一厘米。这样你就可以精确地计算出从这个距离看的物体的大小。事实上，你可以做一个简单的粗略计算，计算出人类头发的直径约为100微米。我这里还有两个东西可以玩CD和DVD。所以，一张CD显然是由一系列同心音轨组成的。如果你把光从CD上照下来……
克里斯-看着我的眼睛!我们在墙上出现了一个点，然后在那个点的两边，大约一米远的墙上，我们在绿色激光光中出现了垂直线。那么，到底发生了什么?
路易斯:那么，这是光的衍射，并产生我们所说的干涉图案，从单个轨道的CD。
Chris -因为头发比音轨和CD之间的间隙要大得多，所以头发产生的空隙或光点非常接近。但这些距离更远，因为轨道更小。
路易斯:就像你说的，克里斯，它们现在相距一米。如果你再做同样的事情，把光线反射到DVD上……
克里斯-那只在门口!实际上可能是2米。
路易斯:这只是因为DVD中的音轨间隔得非常近，这显然意味着你可以在DVD上存储更多的信息。
克里斯:把这个推断到你的合金中的钻石，我们可以说，“嗯，用非常微小的x射线波，你可以进入原子之间的间隙，实际上可以计算出合金的结构和其他合金的结构是什么。”
路易斯:没错，你可以想象，如果我们把一个合金置于一个力的作用下，通过把它挤在一起或把它拉开来压缩它，我们可以想象这些原子平面会彼此靠近或远离，因此，我们可以计算出应力是如何影响合金的。
恐龙的侦探
与曼彻斯特大学的菲尔·曼宁和罗伊·沃格里乌斯合作
科学家们不仅在研究构成当今世界的材料。
化石侦探菲尔·曼宁和罗伊·沃格里乌斯一直在研究5000多万年前的化石。令人难以置信的是，当他们活着的时候，组织里的原始化学物质仍然存在;利用钻石同步加速器，我们可以探测到它们，了解到的不仅仅是地球上最早居民的形状。格雷哈·杰克逊去曼彻斯特博物馆见了他们中的一些人。
菲尔-就在我身后的曼彻斯特博物馆里，这是一具奇妙的骑着的蛇龙骨架。你看到的是雷克斯暴龙的祖先之一。
grahagh -她很了不起。她大概有2到3米高，你说呢?她比每一个进来的人都高大。她有什么特别的?
她的生活真的很艰难，当你开始观察她的下颌时，很容易就会发现这里有可怕的骨骼感染。当你回去的时候，她的肩胛骨上也长了一个巨大的肿瘤。当你去看她的右腿时，她有一个复合性骨折，在那里可以看到小腿上的小骨头从皮肤外伸出来。她一团糟。这背后的原因是什么?只是当他们开始准备大脑嵴时，有人发现了不应该在那里的小骨支柱。在应该有脑组织的地方，有一小块骨头。这是大脑非常重要的一部分，这些骨支柱占据了它。这是小脑。这是这种动物的运动控制中心。
Graihagh -是什么导致了骨头的生长?
菲尔:嗯，这是一个价值64000美元的问题。这些肿瘤的有趣之处在于它们在快速生长的年轻人中很普遍。这是什么?我们有一只亚成年的掠食性恐龙，它的生长速度很快，因此，我们发现了一个潜在的肿瘤，这与我们今天在哺乳动物身上看到的非常非常相似。
但不管是不是癌症，那时候我们就必须开始寻找其他可能的信号，那时候我们就必须开始分析这个化石的实际化学成分。幸运的是，我们可以使用钻石光源。有了它，我们可以分离出原始化学物质的稀释痕迹，在你的身体里，在我的身体里，我们身体的1%的一小部分是由这些至关重要的微量金属组成的它们调节酶的反应并构建蛋白质，使你成为你和我，我。如果我们能测量这些惊人的稀释浓度，我们就能看到生命本身的配方。
格莱哈——虽然生命的秘诀是诱人的，但gorgosaurus还没有被放在显微镜下。那么，我们怎么知道这些微量成分仍然存在呢?曼彻斯特大学的罗伊·沃格里乌斯教授已经对一块化石进行了测试。罗伊给我看了一个标本，特别从实验室的锡纸保护盒里取出来，就是为了这份报告。
罗伊:我带下来给你看的是5000万年前的叶子。
Graihagh -你说的5000万年，是在彗星撞击地球并杀死所有恐龙之前还是之后?
罗伊:这是恐龙灭绝之后的事。
grahagh -这很了不起。它也非常漂亮。真是个神奇的标本。
罗伊:保存得太好了。它比我的手小一点，你可以非常非常清楚地看到这是一片树叶化石。它看起来非常像枫叶或梧桐树的叶子。叶子的边缘甚至都不平坦。上面有小牙齿。还有一件很有趣的事。如果你看一下这片叶子，你可以看到上面有一些小图案。事实上，它几乎拼出了CSI。部分叶组织不见了。你可以看到叶子已经有点骨架化了。 It means that just the veins are left behind.
真正值得注意的是，我说的这些小东西有点拼出了CSI的字母，如果我们仔细看，它们实际上是昆虫粪便的残留物。这是一个生命过程——一个5000万年前的昆虫被留在了这片树叶化石里。大多数人会认为这只是碳化的残骸。没有留下化学反应，但事实上，情况并非如此。这片叶子里的铜，它仍然是有机的，就像铜在你头发里的结合方式一样，当我站在这里和你说话的时候。在你的情况下，或者在人类的情况下，这是一种色素配位铜。这里，这是铜与叶子内部的化学反应相协调，事实上，我们检测到的铜在这片化石叶子中的结合方式与窗外那棵树的叶子中的结合方式完全相同。
格雷哈-那么，你到底是在哪里找到叶子里的金属的?是全部都结束了，还是只集中在某些地区?
罗伊:真正有趣的是，金属会集中在锯齿状顶端，我们认为这可能是，金属被放在那里作为一个储物层，这样随着叶子的生长，那里就会有一些物质，一些营养物质，这样叶子就能长得更大，或者这可能是为了保护叶子的尖端免受昆虫的捕食。
Graihagh -这一切听起来绝对迷人，但我忍不住想知道这在今天的世界意味着什么。微量金属真的重要吗?我把这个问题问给了菲尔，他带着蛇龙回来了。
菲尔-这就像蛋糕里的食谱。如果你把蛋糕切开，你可以看着它说:“是的，我们有蛋糕。”一旦你开始分析蛋糕的化学成分，你就可以看到不同的成分在烘焙过程中最终形成了什么。在这里，我们可以把愈合的化学成分分开，我们可以看看在愈合的不同阶段所涉及的各种成分。
Graihagh -这是否意味着通过观察恐龙的骨头，我们可能会有一个潜在的未来，如何更好地治愈自己?
菲尔:这种动物正好位于两种我们非常熟悉的生物之间。一只鸟，另一只鳄鱼和短吻鳄。如果它们在沼泽里被咬掉一条腿，它们也能在如此巨大的创伤中存活下来。鸟类的新陈代谢加快了。所以，它们的愈合速度很快。所以，当你看到一只鸟，如果它受伤了，它往往会很快愈合。这里，我们有一种恐龙，它在快速愈合和卓越的免疫系统之间取得了巨大的成功。当你看到像这只蛇龙这样的动物时，它似乎表现出了一系列足以杀死我们哺乳动物的创伤。但她似乎有更高的速度来帮助和教唆恢复过程，而且还有一种惊人的免疫反应，使她能够治愈那些会杀死你和我的结构。所以，如果我们能观察像这样的动物及其后代和祖先，我们可能会想出一个方法来帮助和教唆群体的愈合过程，比如我们自己，哺乳动物。
Ginny -来自曼彻斯特大学的Phillip Manning和Roy Wogelius。
发现了一类新的抗生素
钻石光源的尼尔·帕特森
世界卫生组织(WHO)估计，抗生素增加了平均水平
我们二十年的光阴。但自1928年发现青霉素以来，过度使用这些药物导致细菌产生耐药性，这意味着某些超级细菌——如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和结核病——正变得无法治愈。科学家们正试图通过更多地了解细菌本身的结构来解决这个问题，希望在它们的盔甲上找到一个新的裂缝，我们可以利用它来攻击它们。尼尔·帕特森博士在戴蒙德医院工作，他告诉金妮·史密斯一种新型抗生素....
我们发现的抗生素靶点的主要区别在于它位于细菌细胞的最外表面。所以希望，任何针对它的新药都不需要穿过细胞膜进入细胞。因此，它们不受生物体内蛋白质解毒的影响也不受外排泵的影响而外排泵是细菌耐药性的主要机制之一。
金妮-你说的排毒是什么意思?当细菌进化出对普通抗生素的耐药性时，它们到底在做什么?
细菌的主要目的是保持药物浓度低于致死浓度。所以，他们可以通过结合药物来阻止它到达目标蛋白质或者结合药物来改变它的化学结构，或者他们可以把它抽出来。细菌必须定期处理环境中的有毒化合物。它们有这些泵，可以吸收细胞不想要的各种化合物，然后把它们直接泵出来。这只是为了防止浓度达到致命的水平。
金妮:你的新目标是如何解决这些问题的?
它位于细胞的最表面。这是生物体直接暴露于宿主的部分。为了发挥作用，它需要打开并允许脂多糖分子通过，这是一种修饰细菌细胞表面的分子。
Ginny:我们可以试着简化一下语言吗?因为你用了很多大词，我觉得我有点迷失了，我想我们的听众肯定也会迷失的。所以，你能不能尽量避免使用专业术语?我们应该回到问题的开头吗?这样可以吗?
您的目标如何解决这些问题并避免被这些机制所困?
我们的目标位于细菌细胞的最表面。因为它需要打开来发挥它的功能，我们有机会在那里与蛋白质相互作用，而不需要药物首先进入细胞。
金妮-它到底是怎么杀死细菌的?
所以，我们解决了蛋白质的结构，它是一个孔。所以，如果你想象一根管子有点像卫生纸夹，稍微挤压一下，它位于球形细胞的表面，两端都有一个开口。现在，我们实际解决的是一个蛋白质复合体。这里有两种蛋白质。一个位于这个管中，这个蛋白质复合体完成了组装细菌外表面的最后一步。它通过中间的孔输送大分子，然后将其输送到外膜的外侧。
金妮-所以，如果你阻止它起作用，那么细菌就不能形成它的外壳了?
它不能长出自己的皮毛，也就无法生存。
金妮-戴蒙德是怎么帮你发现那种蛋白质的?
蛋白质非常小。因此，我们已经解决的蛋白质结构大约是一毫米的十万分之一。钻石给我们的是，它给了我们非常强烈的x射线，这种波长我们需要能够看到这么小的东西。
当然，我们面临的一个主要问题是，生物材料和x射线不能很好地协同工作。你会受到很多辐射伤害。正因为如此，我们必须促使蛋白质形成晶体，这样我们就可以将损伤扩散到蛋白质的许多拷贝上。
金妮-你说的水晶到底是什么意思?我是说，我想的是一粒盐。这就是它看起来的样子吗?
看起来很像。所有晶体本质上都是重复的亚基。所以，你有一个东西的很多副本，都以同样的方式排列，然后像乐高积木一样搭在一起。
金妮-那么，有没有使用这种新方法开发的药物呢?
尼尔:是的。瑞士的一个研究小组发现，如果他们对一种自然产生的抗菌剂进行修饰，这种分子就会被哺乳动物细胞用来杀死细菌。它看起来有点像发夹它插入外膜。当它达到一定的浓度时，它形成一个孔并溢出细胞内容物。他们发现，如果你改变它，它不再形成一个孔，但它仍然是致命的。他们发现它与我们解出结构的复合物的孔部分结合。现在，他们比我们发展得更早，提供了蛋白质结构。他们有一种化合物在第二阶段的临床试验中对铜绿假单胞菌有效，这是一种机会性肺部感染。所以，我们在这里提供了一个目标的结构，希望我们可以用它来了解他们的药物是如何起作用的，如何让它对其他革兰氏阴性细菌有效。
金妮:那么，如果这是一种全新的抗生素，这是否意味着我们可以不再担心抗生素耐药细菌了?
尼尔:当然不是。细菌和其他微生物一样，数百万年来一直在进行化学战。当你观察青霉素时，它们最初来自一种霉菌，用来杀死争夺其营养的细菌。
一个新类别将为我们带来几十年的安全，如果我们明智地使用这些化合物，我们可能会进一步延长。
金妮-谢谢你，尼尔。我是戴蒙德的尼尔·帕特森医生。
人体自燃可能吗?
本周，我们将讨论人体自燃问题。人类有可能自发燃烧吗?如果有，是怎么燃烧的?
汉娜:嗯，人类肠道中的细菌会自然产生磷化氢气体、甲烷和氢气。磷化氢气体，也称为PH3.一个磷连着3个氢，可以自发地转化为二膦P2H4．如果发生这种情况，它可能会点燃肠道内的甲烷和氢燃料，引发爆炸，点燃我们的腹部，为燃烧我们皮肤上的脂肪和背部的衣服提供高温。那么，这肯定会使人体自燃成为可能吧?有请化学家兼作家约翰·埃姆斯利博士。他为自然界中这种燃烧的科学可行性做出了巨大贡献。
John -自燃被认为是“Will-o-the-Wisp”现象的一种可能的解释，这种现象是在夜间沼泽上空可以看到的闪烁的灯光，当甲烷冒着气泡浮到水面时，似乎有什么东西点燃了甲烷。
汉娜:所以，生活在那里的沼泽细菌会释放出磷化氢气体、二磷化氢、甲烷和氢气的爆炸性组合，它们会吃掉分解的物质——这些混合在一起，导致自燃，这也是对沼泽传说中像妖精一样的小仙女的科学解释，这些小仙女在晚上淘气地用看起来像庇护所的光线引导旅行者离开被咬过的小路。所以，回到生活在人类肠道中的微生物，磷化氢气体能否与氢气混合形成二磷化氢，从而点燃甲烷?如果是这样，这当然可以解释任何报道的人体自燃案件。回到约翰……
约翰:但这似乎不太可能，为什么呢?因为让两个磷原子在二膦中结合需要很多能量。他们认为微生物产生这种物质没有多大意义。
汉娜:所以，由于能量需求，人体自燃似乎不太可能。但为了确定，在我们的肠道中发现过潜伏的二硫化氢吗?
约翰-二甲膦从未在人体肠道或气体中检测到。
汉娜-人体自燃，至少通过这种化学途径看起来是不可能的。谢谢约翰·埃姆斯利让我们明白了。接下来我们把注意力转向这个。
尼尔-你好。我是尼尔，来自格拉斯哥。我发现放音乐时我无法工作。我所有的注意力都在音乐上，它分散了我的注意力。另一方面，我有一些朋友不听音乐就没法工作，耳机里的音乐震耳欲聋。为什么存在这种差异?
汉娜-音乐，帮助集中注意力或完全分散注意力。下次再来看看为什么有些人觉得它有用，而有些人觉得它有破坏性。
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