经常熬夜的人，认知功能更强；刷白屋顶，比种树更能对抗炎热 | 科技周览
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2024-07-13 08:03
北京
当地时间7月11日，联合国发布的《2024年世界人口展望：结果摘要》报告指出，到2024年中期，全球人口达到近82亿，预计在未来60年内还将增加20亿，到本世纪80年代中期达到约103亿的峰值。随后人口数量将会缓慢下降，到本世纪末回落至约102亿，较10年前的预期减少7亿。联合国10年前的预测认为，全球人口在本世纪内达峰的可能性仅为30%。报告称，截至2024年，包括中国、德国、日本和俄罗斯在内的63个国家和地区的人口数量已达到顶峰，预计在未来三十年内，这些国家和地区的总人口将减少14%。其中阿尔巴尼亚、波黑、立陶宛、波多黎各、摩尔多瓦人口数量将在2054年前迎来最大幅度下滑。报告指出，世界总体生育率正在下降，全球女性平均生育子女数比上世纪90年代减少了1个。超过半数的国家和地区女性平均生育子女数少于2.1个，低于维持人口稳定的水平。与此同时，近1/5的国家和地区，包括中国、意大利、韩国和西班牙，现在面临“超低生育率”，女性平均生育子女数少于1.4个。此外，世界人口的平均年龄也在增加。2024年全球人均预期寿命达到73.3岁，比1995年提高8.4岁。到2054年，全球人均预期寿命预计达到77.4岁。到2070年代末，全球65岁及以上年龄段人口数量预计达到22亿，超过18岁及以下年龄段人口数量。到2050年代末，全球超过一半的死亡将发生在80岁或以上的年龄段，比1995年的17%大幅增加。你是习惯熬夜晚睡的“夜猫子”（night owls），还是早睡早起的“百灵鸟”（morning larks）？一项新研究显示，与早睡早起的人相比，那些自称“夜猫子”的人通常认知能力较强。此外，每晚睡眠时间在7到9小时的人认知表现最佳，睡眠时间过短或过长均与认知功能较低相关。该横断面研究利用来自英国生物银行（UK Biobank）的数据，纳入26820名年龄在53~86岁之间的参与者，并将其分为两个队列：队列1纳入10067名参与者，需完成4项认知测试，包括流体智力/推理（Fluid Intelligence/reasoning）、配对（Pairs Matching）、反应时间（Reaction Time）和前瞻性记忆（Prospective Memory）；队列2纳入16753名参与者，仅完成配对和反应时间两项评估。研究人员通过问卷形式收集了参与者的睡眠时间、质量和类型信息，据此分析睡眠因素和认知表现的关系。结果显示，与“早鸟”相比，“夜猫子”和中间型的认知能力得分更高。晚睡晚起的夜晚型（evening type）认知得分平均比早睡早起的早晨型（morning type）高13.5%（队列1）和7.5%（队列2）；中间型比早晨型得分平均高出10.6%（队列1）和6.3%（队列2）。研究还考虑了健康和生活方式因素，包括年龄、性别、慢性疾病状况、吸烟和饮酒习惯等，发现年轻、无慢性疾病、生活方式健康与认知能力良好相关。不过有专家指出，新研究存在局限性：论文作者从未说明参与者是在一天中的哪个时间段参加认知测试，而这可能会对结果产生重要影响。其次，睡眠因素依赖于参与者的主观报告，缺乏客观标准。最后，这是一项相关性研究，无法说明因果关系——这意味着如果你已习惯早睡早起，刻意熬夜可能并不会让你变聪明。相关论文：https://doi.org/10.1136/bmjph-2024-001000
美国特拉华大学的工程师开发出一种化学处理工艺，能高效地将织物分解为可循环再利用的分子。研究人员指出，该技术有望显著缓解服装行业面临的废旧衣物堆积问题。服装行业每年产生数百万吨废旧衣物，其中只有大约不到1%能够有效回收，近3/4的旧衣服最终被焚烧或填埋。流入海洋的微塑料有超过1/3来自废旧衣物。因此开发新技术以妥善处理这些废弃物至关重要。传统回收方法多数依赖物理手段，并不适用于处理纺织品：织物往往由多种材料，如棉花、聚酯纤维等混纺而成，物理手段很难将其分离、回收。一家纺织品回收工厂里，成堆的废弃衣物等待分类。| Annabelle Chih/Getty
新研究采用微波辅助糖酵解的化学反应方法，在热量和催化剂的帮助下，可以将大分子链聚合物分解成更小的单元。他们利用这一方法来处理不同面料的织物（包括100%聚酯，以及聚酯和棉各50%）。结果显示，对于纯聚酯织物，该方法能将90%的聚酯转化为BHET分子，这种分子可以直接回收利用。而且新方法不会影响棉花纤维，因此在处理聚酯与棉的混合织物时，既可以分解聚酯，又可以回收棉花。此外，氨纶会被分解成MDA分子，而尼龙和棉花一样，可以被完整提取出来。整个反应过程只需15分钟，极具成本效益。研究人员预期，通过技术优化，反应时间还可以进一步缩短。届时，全球88%的废弃衣物有望实现回收再利用。相关论文：https://doi.org/10.1126%2Fsciadv.ado6827
如果狼与狼之间追逐、翻滚、啃咬、亮出獠牙，这可能意味着大战一触即发，也可能只是无伤大雅的嬉戏打闹。那么，狼又如何知道它的同伴是在开玩笑，还是“来真的”？一项新研究显示，狼可以通过微妙的面部表情来传达意图。这种面部交流不仅仅是礼貌的表现——它也有助于维持狼群团结。此前关于狼面部表情的研究，大多还停留在几十年前，而且是定性的观察性研究。针对犬科动物表情的唯一定量分析来自狗——这是个“糟糕的替代品”，因为狗的表情远不如狼丰富，在嬉戏时只有一种刻板而夸张的表情。通过38只圈养的、年龄不等的灰狼（C. l. lupus）、北极狼（Canis lupus arctos）和马更歇狼（C. l. occidentalis），研究人员录制了长达135小时的视频资料，捕捉到了379次打斗和嬉戏互动。他们逐帧分析这些镜头，追踪狼面部的肌肉运动。接下来，研究人员还观察了其他线索，比如个体是否给对手反击的机会，以此将每种互动分为友好或对抗两种类型。研究小组发现，狼会用五种不同的面部表情来表达不同程度的嬉戏和攻击性。例如，在嬉戏互动中，狼会张开嘴巴，放松嘴唇。如果打闹过了头，狼可能会收起嘴唇，露出牙龈，并眯起眼睛。如果情况继续升级，看起来要全面开打时，狼会露出牙龈顶端的一个点，这代表“勿谓言之不预”。在三种狼群中均观察到了上述表情。研究人员表示，这些表情之间的差异虽然微妙但至关重要。“只有改动几个关键元素才会改变其含义。”未来，他们希望进一步研究家犬的面部表情为何变得更加简单。一种解释认为，更少的表情降低了引起人类误会的可能性。相关论文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347224001489一项新研究表明，在英国伦敦这样的城市，当热浪袭来时，冷屋顶（cool roofs，指把屋顶刷成白色，或在其上覆盖反光涂层，以提高阳光反射率，降低环境温度）可有效降低气温。效果优于在地面种植树木，也优于在屋顶覆盖绿植（绿色屋顶，green roofs）或太阳能电池板。研究人员通过三维城市气候模型WRF BEP-BEM，模拟2018年夏季大伦敦地区最热两天（7月26日和27日），分析9项干预措施对2 m高处气温的影响。结果显示，冷屋顶的降温效果最好，如果全城普遍采用冷屋顶，平均室外气温可降低1.2°C，某些地方最高可降低2°C。相比之下，大面积种植绿植只能使气温降低0.3°C，铺设太阳能电池板可使气温降低0.5°C。普遍采用绿色屋顶在白天可以使城市气温平均降低0.5°C，但夜间又会使气温升高，净温度效应为0。此外，空调的广泛使用虽能保持室内凉爽，但会使室外气温整体上升0.15℃，市中心部分地区的室外气温上升1℃。研究人员表示，冷屋顶是一种相对容易且低成本的气候适应方法，可能会成为城市管理者日益关注的政策重点。相关论文：https://doi.org/10.1029/2024GL109634
一项新研究发现，学龄儿童食用更多含异黄酮的大豆食品后，思维能力和注意力会得到提升。研究团队在近日举行的2024年美国营养学会年会上展示了这一成果。异黄酮天然存在于各种植物中，尤以大豆和豆制品含量为多。研究小组回顾了先前横断面研究的数据，纳入128名7岁至13岁的儿童。根据这些儿童为期7天的饮食记录信息，团队计算了每个孩子包括异黄酮在内各类营养物质的平均饮食摄入量。随后，团队使用一套专门的纸面测试来评估孩子们的整体智力水平，还利用一项名为“侧翼任务”的计算机测试来评估注意力，同时记录孩子们的脑电波活动，以衡量信息处理速度和注意力集中度。大豆食品富含异黄酮。| Diane Labombarbe/Getty Images分析显示，那些摄入更多豆类食品的儿童，在注意力评估中表现出更快的反应速度和处理速度，但研究并未发现大豆异黄酮摄入量与整体智力水平之间存在显著关联。研究人员表示，一份大约230克的豆浆含有约28毫克异黄酮。为了增加异黄酮的摄入量，大豆或豆浆是不错的选择，豆豉、豆腐也是推荐的食品。来源：https://nutrition2024.eventscribe.net/index.asp?presTarget=2742355
求解费米子哈伯德模型，超越经典计算机的量子模拟器来了潘建伟、陈宇翱、姚星灿、邓友金等人成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器“天元”，以超越经典计算机的模拟能力首次验证了该体系中的反铁磁相变，朝向获得费米子哈伯德模型的低温相图、理解量子磁性在高温超导机理中的作用迈出了重要的第一步。相关研究成果于7月10日发表在Nature上。费米子哈伯德模型是描述晶格中电子运动规律的最简化模型，被认为是可能描述高温超导材料的代表性模型之一，但其研究一直面临挑战：一方面，该模型在二维和三维下没有严格解析解；另一方面，计算复杂度非常高，即使是超级计算机也无法进行有效的数值模拟。光晶格中的超冷原子具有系统纯净、原子间相互作用强度、隧穿速率及掺杂浓度可精确调控等诸多优势，是最有希望构建专用量子模拟机以求解费米子哈伯德模型的体系之一。为了验证反铁磁相变，超冷原子量子模拟器必须满足两个关键条件：首先，需要建立空间强度分布均匀的光晶格系统，确保费米子哈伯德模型的参数在大尺度上保持一致；其次，系统温度必须显著低于奈尔温度（即反铁磁相变温度），这样反铁磁相变才可能出现。然而，以往实验中光晶格强度的非均匀性和费米原子制冷存在的困难，使得上述两个关键条件一直无法得到满足。因此，反铁磁相变一直无法实现。“天元”量子模拟器示意。红色和蓝色的小球分别代表自旋相反的原子，它们在三维空间交错排列，形成了反铁磁晶体。原子被光晶格囚禁在玻璃真空腔中。| 制图：陈磊
为了解决这些难题，研究团队在前期实现盒型光势阱中的均匀费米超流的基础上，进一步降低了盒型光势阱的强度噪声，并结合机器学习优化技术实现了最低温度的均匀费米简并气体制备，满足了实现反铁磁相变所需要的低温。进一步，研究团队创造性地将盒型光势阱和平顶光晶格技术相结合，实现了空间均匀的费米子哈伯德体系的绝热制备。该体系包含大约80万个格点，比目前主流实验的几十个格点规模提高了约4个数量级，且体系具有一致的哈密顿量参数，温度显著低于奈尔温度。在此基础上，研究团队通过精确调控相互作用强度、温度和掺杂浓度，直接观察到了反铁磁相变的确凿证据——自旋结构因子在相变点附近呈现幂律的临界发散现象，从而首次验证了费米子哈伯德模型包括掺杂条件下的反铁磁相变。该工作推进了对费米子哈伯德模型的理解，为进一步求解该模型、获取其低温相图奠定了基础，也首次展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势。相关论文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07689-2
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