含羞草葉子在黑暗中仍按晝夜規(guī)律開閉，向日葵在太陽尚未升起時已經(jīng)朝向東方，人在亮如白晝的辦公室里待到半夜照樣犯困——生物的自然節(jié)律并不依賴于外界條件刺激，而是由某種內(nèi)在機制掌控。鐘表的核心元件是振蕩器，比如鐘擺、機械振子或石英電路，它們產(chǎn)生穩(wěn)定的周期性振動。

那么在生物體里，這個振蕩器是什么？

人們很早就發(fā)現(xiàn)生物節(jié)律特征可以遺傳，隨著分子生物學發(fā)展，科學界逐漸提出“生物鐘基因”的設想。20世紀70年代，美國加州理工學院的西摩·本澤和羅納德·科諾普卡用果蠅做實驗，篩選相關的基因突變。

果蠅的破蛹羽化有著特定節(jié)律，野生品種只在一天的特定時刻出蛹，周期是24小時。科諾普卡等人培養(yǎng)并篩選出了周期更長或更短，甚至沒有周期的果蠅，發(fā)現(xiàn)它們在基因組的同一區(qū)域發(fā)生突變，從而定位到了生物鐘基因，命名為“周期”基因。但限于技術發(fā)展水平，人們當時無法弄清這個基因的代碼序列，因為克隆果蠅DNA的技術于70年代晚期才出現(xiàn)。

1984年，三名美國科學家，杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚克隆出了“周期”基因，并把它編碼的蛋白質(zhì)命名為PER。他們發(fā)現(xiàn)，果蠅體內(nèi)的PER蛋白質(zhì)濃度有規(guī)律地變動，振蕩周期正是24小時。至此，人們找到了生物鐘的“振蕩器”，看到了它的振蕩。

時隔30多年后，霍爾、羅斯巴什和揚因為這一研究發(fā)現(xiàn)最終摘獲諾獎。霍爾在獲獎后接受美聯(lián)社采訪時說，弄清這一機制有助于解決因晝夜節(jié)律紊亂導致的睡眠問題。

諾貝爾物理學獎

解讀引力波

探測“時空的漣漪”

美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩獲得2017年諾貝爾物理學獎，就是因為他們在“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)項目和發(fā)現(xiàn)引力波方面的貢獻。

什么是引力波？

根據(jù)愛因斯坦的相對論，時空是可以彎曲的，有質(zhì)量的物體在其中運動，就會產(chǎn)生引力波。這就好比石頭丟進水里會產(chǎn)生水波，引力波因此常被稱作“時空的漣漪”。

但普通物體產(chǎn)生的這種引力波極為微弱，連愛因斯坦自己也認為很可能無法觀測到。事實上，LIGO項目所觀測到的兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波，在儀器中只引起了比原子核還小得多的變化。相對論發(fā)表百年來，許多預言，如水星近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實，但引力波一直沒被探測到。因此，引力波又被稱作廣義相對論實驗驗證中最后一塊缺失“拼圖”。

引力波有什么用？

引力波開啟了人們認識宇宙的新途徑。過去科學界探測宇宙，多是依靠光學望遠鏡、射電望遠鏡等手段，而引力波是與光不同的信息載體。

通過分析引力波信號，我們可以判斷出遙遠宇宙中發(fā)生了什么。引力波的波形特征與聲波相似，這也是為什么科學家曾將其轉換成聲波，作為“宇宙的聲音”播放出來。通過探測引力波來分析宇宙中的各種事件，就像根據(jù)樂器聲波判斷樂器的質(zhì)地種類，以及樂手的演奏手法。

至于引力波在實際生活中有什么應用，科學家說，包括時空旅行這樣的科幻設想還早得很，而利用引力波的宇宙通信目前來看也很遙遠。不過引力波的發(fā)現(xiàn)無疑打開了一扇新的大門，給未來增加更多新的可能。