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KNOWLEDGE / ARCHIVE

Author: İpek Tunç

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地球核心或已泄漏氢数十亿年

本文已根据 Science X 的编辑流程与政策进行审阅。编辑们在确保内容可靠性的同时,重点突出了以下特点: 已进行真实性验证 经过同行评审的已发表论文 可靠来源 已通过拼写和语言检查 展示洋岛玄武岩中同位素异常起源的概念模型。来源:Science Advances(2026)。DOI: 10.1126/sciadv.aei4756 数十亿年前,地球形成时,其金属内核被一个由熔融岩石构成的全球性岩浆洋所包裹;这个岩浆洋最终冷却并结晶,形成了地幔。如今,当拥有深厚根系的地幔柱向上攀升至地表并引发火山喷发时,所产生的 lava 可能携带来自地球深处的氢元素。 氢以两种稳定的形式存在:标准的普通氢和一种被称为氘的较重形式。大多数火山岩具有相对正常的氢同位素比率,而与深层地幔柱相关的某些 lava 中却发现了异常低的氘含量。 这种罕见的混合物引发了激烈的争论:如此低的氘特征,究竟是在早期岩浆海洋凝固过程中形成的,还是源自从地球金属性地核中渗漏出的氢? 探索地球熔融时代 为解答这一问题,由中国科学技术大学王忠中团队开展研究,研究人员利用先进的计算机模拟,在地下数千公里处重现了相关条件。 该团队研究了氢的两种形态在熔融岩石冷却并结晶形成不同矿物时的行为表现。随后,他们将所得结果用于建模,模拟氢的两种形态在地球早期地幔中的分布情况。 《Science Advances》期刊上发表的一篇论文中,研究人员指出,在远古岩浆冷却并结晶的过程中,氢的两种形式在地幔中相对均匀地分布。尽管在不同深度存在比例上的细微差异,但并未出现类似加拿大北极地区的巴芬岛和冰岛等地火山岩中所发现的异常低的氘(重氢)水平现象。 “我们的研究结果表明,岩浆洋的结晶过程并未在地球地幔中引起氢同位素的显著分异,”论文作者表示。 泄漏核心理论 这意味着无法用岩浆海洋凝固来解释这些非典型的信号特征。因此,研究人员支持来自地核渗漏的解释。他们主张,含有低氘比的氢可能数十亿年来一直从地球金属性地核渗透到周围的地幔中。 另一个指向地线的线索是:这些火山岩中的一些还具有异常高的氦-3/氦-4比率。氦-3是一种罕见的氦同位素,可能已在地球地核中保存了数十亿年。 尽管这些发现增强了从核心泄漏出的氢理论的可信度,但材料究竟如何从核心抵达地幔仍未完全明确。 阐明实现种子签名向菌丝体传递的机制,仍将是未来研究的重要目标。 本文由 Paul Arnold 为 Science…

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物理学家证实了长期被怀疑存在的量子热化速度极限

本文已根据 Science X 的编辑流程与政策进行审阅。编辑们在确保内容可靠性的同时,重点突出了以下特点: 已完成真实性验证 经过同行评审的已发表论文 可靠来源 已进行语法和格式审查 在等待冬季汽车玻璃上的冰雪融化,或是等待一杯冷饮慢慢变凉时,一个物体与其周围环境达到稳定且平衡的温度(热平衡)所需的时间取决于众多因素。这些因素包括表面积、物体的材料特性以及空气流通情况。 然而,当我们在量子计算机中逼近量子比特所运行的亚原子尺度时,便会有一套不同的规则开始发挥作用。外部条件依然重要,但根据发表在《Nature Physics》期刊上的一篇新论文,量子力学为不同量子系统多快能够达到热平衡设定了一条基本速度上限。 这一发现的重要性在于,这一界限具有普遍性。无论施加多少能量,或系统被多强地引导,这一过程都无法被加速。 探索一种普遍的速度极限 数十年来,物理学家们在超导体和量子系统中已观察到这一普朗克尺度的蛛丝马迹,从而推测存在一种普适的速度上限。然而,却始终缺乏一个能够确立这一上限的普遍性数学证明。 在这一点上,奥地利科学院的Paolo Abiuso及其同事们登场了。 研究人员建立了一个普适的数学框架,将热化(thermalization)视为一种能够使不同量子系统达到相应热态的过程。他们利用量子信息理论,计算了这一过程在量子力学定律约束下能够以多快的速度实现。 为了将研究结果具体化,团队将他们的方程应用于相互作用量子粒子系统的理论模型,并从数学角度对其行为进行了研究。 无法突破的速度上限 那么,所有这些数值计算和理论化最终得出了什么结论? 该团队证明,量子力学为不同量子系统趋向热平衡的过程设定了一个速度上限。他们发现,这一上限由温度以及两个基本自然常数——约化普朗克常数和玻尔兹曼常数——所决定。 “因此,这一限制源于一个观察结果,即热化机器无法违反海森堡极限——也就是对量子特性能够被精确测量的基本限制”,论文作者写道。…

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