九旬美国物理学家阿瑟·阿什金因为发明“光镊技术”，获得2018年诺贝尔物理学奖。很多科研界人士甚至压根没听说过“光镊”这种技术。“光镊”虽然内涵深奥，但其实稍加简介就能让普通人建立概念。今天，我们就先试着让大家了解一下这个能够以光的力量来操纵细胞的诺贝尔奖成就。

“光镊”诞生的发想——光之力

    伴随着上世纪60年代以来激光束流相关的产生、控制技术的进展，利用光来操作微小物体的“光镊”随之登上了历史舞台。阿瑟·阿什金教授曾在贝尔实验室和朗讯科技公司任职，他很早就开始进行光操控微粒的研究工作，并最终于1986年公开了他的第一代“光镊”。

    大家都知道光可以协助动物产生视觉，可以为植物提供能量来源，可以加热物体，但是对“光的力学领域”可能并不熟悉。实际上，光镊正是利用了“光的力”（也译为光压、辐射压等等），并诞生了举世瞩目的成果。

什么是“光的力”？

    中学物理中，我们已经了解了光同时具有波和粒子的双重性质，所谓波粒二象性。与人体被飞来的棒球击中后产生冲击一样，光的粒子即光子在接触物体后，同样会对该物体施加力的作用。

    你可能会感到奇怪，既然如此，我们为什么没有被强烈的日光或者探照灯击倒在地呢？

    这是因为，光的压力大概仅仅在10亿分之一到100亿分之一N这个数量级 ， 所以说能用肉身感受到光压的人显然是不存在的。

    然而，越是微小的物体，就越容易被微小的力所撼动。例如，红血球、细菌一类人体细胞或者微生物等等都对光压非常敏感。来自光的微小压力可以让微小的物体在不受到积压破坏的前提下进行移动。

光镊是如何让光操控微粒成为可能的

    具体来说，光镊系统一般由照明光路和控制光路构成。

    照明光路负责采集成像所需的信号，而控制光路用来控制和限制微小物体的运动。控制光路的核心是汇聚性能特别好的激光束发射系统。

    激光的特性之一就是可以被汇聚到一个十分微小的光斑上，这是普通光源所无法实现的。

    对于所要操控的微小物体来说，这种激光束汇聚形成的强聚焦光斑会形成一个类似“陷阱”的机构（称为三维光学势阱），微粒将会被束缚在其中。

    一旦微粒偏离这个“陷阱”中的能量最低点（即位置的稳定点），就会受到指向稳定点的恢复力作用，好像掉进了一个无法摆脱的“陷阱”一般。如果移动聚焦光斑，微粒也会随之移动，因此便能实现对微粒的捕获和操控。

光镊技术早已大显神通

    光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。

    又比如，在环境科学领域，经常会有区分水中数种微小物体的需求，利用光镊可以将各种物质在无损条件下容易地分离，给之后的精密分析创造良好的条件。

    此外，在操控的同时，鉴于激光波长良好的稳定性和高精度，光镊还可以同时获得大量空间测量数据。

    一个有趣的应用实例就是，有研究人员利用光镊测量了驱动蛋白在微管上行走的距离数据，从而推算出驱动蛋白每走一步的能量正好相当于一个ATP水解所释放的能量，堪称光镊操控性和测量性结合的绝好案例。

________________

    其实，直到笔者打出“光镊”两个字的时候，搜狗输入法还没有录入这个词组……相信对于绝大多数人来说，光镊都是一个相当陌生的概念。光镊技术所代表的一系列微操控技术，的的确确为人类在诸多领域带来了极为便利的工具。此番斩获诺奖，虽然出乎大多预测所料，却也名副其实。相信随着诺贝尔奖的颁发，光镊技术必然会在世界范围内掀起一股科普风潮。

    （材料一）

    智慧博物馆是在数字博物馆的基础上，结合当前的人工智能、物联网、云计算等技术，实现智能化管理、控制、推荐等服务的博物馆。观众走进博物馆，       ①        。在这里，有制作精美的三维展厅，为观众提供高质量的信息内容、沉浸式的声光效果和多种参观服务举措；有3D打印复制艺术品供参观者近距离观看。参观者可以亲手按动电钮，看机器运转；妙趣横生的视频动画、互动游戏等会大大增加普通民众与文化的融合度。

    除了线下的实体博物馆，智慧博物馆还有线上网站可以随时随地登录。有复制线下展览的数字展厅，点击关键词，就跳转至每件展品，通过图片、释文，引导观众思考与理解。有利用VR技术的虚拟现实展览，给观众提供移动看景、自主选择、视角切换等沉浸式体验。有趣味游戏，满足观众娱乐并益智的需求。还有短视频、音频讲解等多种形式。

    （材料二）

    新冠疫情期间，各地博物馆纷纷闭馆，线上展览成了博物馆展示的唯一途径。

    进入故宫博物院官网首页“数字文物库”，可以让你宅家也能看展览。这里汇集了故宫博物院线下展览的超过5万件文物珍品的图片。只需按照界面提示的分类逐次点开，不仅可以随意放大或缩小，还能让藏品实现360度旋转。通过“V故宫”，观众可在展厅中实现虚拟漫游，深度探访养心殿、灵沼轩等“神秘”宫殿，在  ②  的沉浸式体验中多层次解析皇家生活以及建筑背后蕴含的历史文化。

    故宫博物院青少网站有与故宫文博知识相配套的游戏区，你可以自己做主为“皇太子”设计课表，可以请清朝的“大臣”做讲解员，也可以动动鼠标把太和殿上排列混乱的神兽重新归位……除此以外，“视听馆”使观众可以聆听故宫博物院研究人员对古代名画的解析，聆听中国传统音乐以及现代年轻人用音乐诠释古代名画中的故事及意蕴。“文创”栏目下的“故宫壁纸”，将古代精品文物设计成可供下载的电脑和手机壁纸；“故宫回声”则以连载漫画的形式，呈现抗战时期故宫国宝南迁及西迁的故事……

    （材料三）

    秦始皇帝陵博物院闭馆以来，充分利用数字资源优势开展系列线上活动。“全景兵马俑”板块利用虚拟现实（VR）等技术手段，将兵马俑一号坑2000张图片拼接形成室内全景图，点击画面上的蓝色箭头，观众可以下到坑内游览参观，可以“触摸”兵马俑的每个细节。站在他们中间，似乎自己也成了兵马俑。伴着雄浑的音乐，有穿越般的震撼效果。观众还可以欣赏其他复制线下展览的展厅，比如“神秘王国——古中山国历史文化展”“平天下”等线下展览的各种图片。点击文物，可以像用放大镜一样挨个儿细致观览。同时，该院还推出“秦俑百问微讲堂”线上学习内容，整理出公众感兴趣的180个问题，分秦始皇帝陵、秦陵兵马俑、秦陵铜车马三大部分，由专业讲解员以音频、图片等形式讲解，通过网络平台传播秦文化知识。

病毒巨库蝙蝠

    ①说蝙蝠是一个病毒巨库，一点不冤枉它。令人谈之色变的埃博拉病毒、sars病毒、马尔堡病毒……竟然都来自蝙蝠!

    ②为什么蝙蝠会成为病毒的最佳宿主?首先，蝙蝠喜欢群居生活，它们亲密地依偎在一起，或者密密麻麻地倒吊在树上，这就为病毒在种群间大量传播创造了有利条件。蝙蝠还能飞翔，除南极洲以外，这些飞行能手们去过世界各个角落，这样就能把病毒带到更远的地方，不像老鼠，只在有限的区域活动。在这一点上，当然鸟类也相似，但因为蝙蝠是哺乳动物，比鸟类更高等，与人类更接近一些，所以蝙蝠更容易把病毒传染给我们。

    ③其次，在寒夜乃至整个冬天，很多蝙蝠要进入冬眠，这个时候它们的体温会降下来。通常在正常体温下，病毒可以被许多动物很快清除掉，但蝙蝠却像冰箱一样，可以把病毒保存很久，甚至保存整个冬天。

    ④再次，蝙蝠的寿命长达50年，这相对于一些体型较小的哺乳动物来说， 已经属于相当长的了。这就使得病毒可以稳定地存在于蝙蝠体内，不必在短时间内总要不停地“搬家”。“搬家”总是一件麻烦事，弄不好的话会“露宿街头”，况且，病毒并不具备露宿街头(即离开宿主细胞)独自生存的能力。

    ⑤最后，从进化的角度来讲，病毒是一种古老的物种，而蝙蝠也是。在长久的进化过程中，蝙蝠没有被病毒击溃，反而进化出非常出色的免疫系统，使得它们更有能力携带病毒，成为天然的病毒库。这话听起来似乎自相矛盾，但道理很简单：一般动物倘若自身免疫力差，一染病就死掉，或者无法活动，那么病毒也只好与它同归于尽，不能传播更远了。而蝙蝠的免疫系统强，它可以携带大量病毒，自己却不会得病。

    ⑥既然蝙蝠是病毒寄宿和传播的主要传染源，那在它们把病毒传给我们之前，我们是不是应该先下手为强，把它们捕杀掉呢?

    ⑦很遗憾，历史证明，大规模捕杀蝙蝠不会起到任何作用。以南美洲为例，自1970年代以来，当地人为了防止狂犬病爆发，一直在大规模地毒杀吸血蝙蝠。问题在于，要把每只蝙蝠消灭净尽几乎是办不到的。而只要留有种子，在食物资源丰富，又缺少竞争的情况下，蝙蝠的数量会很快反弹。另外，蝙蝠的种类几乎占哺乳动物品种总数的1/4之多，它们对于保持地球生物多样性有着不可估量的价值。

    ⑧话说回来，把责任全推到蝙蝠身上，也不公正。传染病的出现需要各种因素的巧合，携带病毒的动物只是众多因素之一。在疾病从蝙蝠传给人的过程中，其实人的因素扮演了主要角色——森林退化，气候变暖，城镇规模扩大，从而导致蝙蝠的栖息环境恶化，都对病毒的传播起到推波助澜的作用。

    ⑨因此，别总想着去捕杀蝙蝠，我们还有更重要的事情去做。在传播给人之前，提前找出已经潜伏在蝙蝠身上的新病毒，提前研制疫苗并接种，这才是有效的办法。另外，在日常生活中，我们自己则要养成好的卫生习惯。远离蝙蝠，不吃被野生动物吃过的果实，更要少吃和不吃野生动物。

    ⑩总之，不管愿意与否，我们都得学会与蝙蝠在这个地球上和平相处。

(选自《大科技》2014年第12期)

植物聊天

①随着科技的进步，计算机网络已成为人们传递和获取信息的重要途径。近日，有科学家研究发现，原来人们眼中那些被动的、只能站在一个地方等待被砍掉或吃掉的植物，也像人类一样，都会构建自己的联络系统。特别是草本植物，例如草莓、芦苇或是羊角芹都能自发地构建这种系统。

②在这个联络系统中，每一株植物都会释放和接收特殊信使物质所携带的信息，并与其他植株共享信息。这种传递信息的方式和人类的网络聊天十分相似，因此科学家形象地称之为“植物聊天”。但是让人们好奇的是，植物们在这个聊天网络里都聊些什么呢？

③科研人员发现，一些聪明的植物会在危险迫近的时候通过这个网络传递警告信息，从而有效地减轻植物受侵害的程度，提高植物的生存能力。如果有一株植物被毛虫咬食了，那么在同一个网络中的其他植物都会接到内部的警告信号。在接到警告信号之后，那些还没有被咬食的植物就会进行化学物质防御和机械防御，使自己不易受到侵害。此时，毛虫就像打了败仗的士兵，无计可施了。可见，聊天网络功不可没。

④当然，任何事物都可能有利弊两个方面，植物的聊天网络也是如此。就好比计算机网络上流行的病毒，在植物聊天网络中，有些特殊病毒就利用网络进行传播，致使整个网络内的植物都可能被感染。

⑤这项研究令人称奇的地方，在于它改变了人们对植物的传统认识。现在我们才发现，我们身边那些最常见的植物其实早就是网络聊天的高手了。

创纪录的神十三究竟“神”在哪

①4月16日9时56分，随着神舟十三号载人飞船返回舱缓缓降落在东风着陆场，神舟十三号载人飞行任务取得成功，这也标志着中国空间站关键技术验证阶段任务就此圆满收官。此次我国航天员“太空出差”较以前的任务究竟有哪些不同？

②“太空出差”为啥是6个月？航天员就不能在空间站多住一段时间吗？

③首先，是对航天员身体情况的考虑。失重环境对人体健康的影响会随着失重时间的增加而逐渐增大。中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬也曾表示：“长期处于失重环境对人体的心血管系统、肌肉和骨骼系统等影响效应更加凸显，出现应急医学问题的概率将增高。”

④此外，除了航天员需要换班休息，载人飞船同样也要轮换。由于长时间暴露在太空辐射中，载人飞船部分电子元器件受到的辐射剂量随时间积累，在轨时间存在上限。而6个月的任务时长能够保证飞船各项指标均处于相对稳定的状态，一旦飞船在太空中暴露时间过长，则可能产生无法预估的风险。当然，宇航员也有“加班”的情况——半个月前刚刚从国际空间站返回的美国宇航员马克·范德·海，便在空间站中驻留达355天。

⑤神十三返回怎么能这么快？

⑥神舟十三号载人飞船与中国空间站天和核心舱成功分离，到当日9时56分返回舱成功着陆，整个返回过程仅耗时约9小时，大致相当于乘高铁从北京去往广州的时间。神舟十二号返回时，从飞船与中国空间站天和核心舱分离，到其安全降落在东风着陆场，大约花费了28.5小时。从28.5小时到9小时，快速返回快在了哪个环节？

⑦神舟十二号飞船在与中国空间站脱离后，并没有着急启动返回程序。而是先绕到了空间站天和核心舱的下方，与径向对接口靠拢，对径向交会对接的各项技术进行验证。也正是有了神舟十二号的“铺路”，神舟十三号在交会对接时首次成功采用径向交会对接技术，为后续空间站全面建成、运行奠定了基础。

⑧验证任务结束后，神舟十二号便进入了绕地环绕阶段。简单来说，便是围着地球不停绕圈。绕圈是为了寻找一个合适的“窗口期”。由于载人飞船携带的燃料有限，返回时无法主动调整轨道面来对准着陆场所在区域。因此，只能让着陆场“主动瞄准”飞船。由于地球自转和飞船运行轨道的限制，这样的机会每绕一圈只有一次。而飞船连续不断地围着地球绕圈，便是为了寻找一个时间、气象等条件都处于最佳的返回“窗口期”。神舟十二号返回时，在这个阶段花费了大量时间，它绕地球转了大约11圈，每转一圈便要消耗1.5小时。因此，尽可能地减少“绕圈”次数，便是此次神舟十三号快速返回的关键。

⑨通过对最佳返回“窗口期”的精密计算，神舟十三号能够对脱离空间站的时机进行提前安排，从而保证飞船脱离空间站，进入绕地轨道后不久，东风着陆场便可“瞄准”飞船，省去了大量绕地时间。据了解，此次神舟十三号在这一阶段仅绕行地球5个圈次。

⑩“这整个过程需要一系列的复杂操作，因此必须保证该技术成熟稳定后，才可进行。”杨宇光认为，快速返回技术的应用也是我国航天事业不断走向成熟、强大的象征。

考前如何减压

①针对同学们在考前因时间紧、压力大而导致的过度紧张、焦虑不安的心理，我们可以试试以下方法进行积极的减压，使考前心态平稳，心理放松，有助于取得好成绩。

②一是观念减压法。就是改变对考试的看法，消除那些不合理的观念和非理性想法，重新评估和认识整个考试，寻找新的意义和积极的结果。

③二是运动减压法。是通过运动，劳逸结合、脑力劳动与体力劳动相结合，从而提高学习效率。首先是进行有氧运动，使肌肉作持续而有节奏的活动，如慢跑、打羽毛球、游泳、跳舞等。其次是进行低密度运动，如散步、清扫屋子等。还有针对不同的情绪状态进行运动。当你感到疲乏时，抬起下颚作收缩下颚的活动，进行深呼吸并挺直腰杆。当你愤怒时，身体左右转动，心中缓缓数数，并慢慢进行深呼吸。当你焦虑不安时，跳动身体，并左右转动三分钟。

④三是饮食减压法。维生素C 就具有减轻心理压力的作用，应适量摄取诸如草莓、苹果、洋葱、菜花等富含维生素C的食物。而胡萝卜能提高记忆力，香蕉有助于人的大脑产生成功意识，柠檬能使人精力充沛。另外，少食多餐也有助于减轻紧张与疲劳。

⑤四是音乐减压法。当人感到紧张时，可以选用一定的音乐来作引导，情绪就会随着音乐节奏而放松。在心理学上，音乐疗法的效果与行为、态度、压力改变的关系已得到了证实，它越来越受到人们的重视，广泛地应用于压力处理和健康维护等方面。例如，《高山流水》和《阳春白雪》可以让听者完全融于清幽静谧的大自然中，心灵随着丝竹之声而荡漾在天际之间，心理的压力和烦恼就随之消散了。

⑥此外还有幽默减压、转移注意力减压和睡眠减压等多种方法，都具有独特的效果。我们不妨多试一试，以达到减轻压力的目的。