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反斥重力是暗能量的替代品(下)

only-perception
・2012/02/15 ・1312字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 617 ・十年級

在過去幾年間,CERN 物理學家 Dragan Hajdukovic 一直在研究他認為宇宙受到廣泛忽視的部份:量子真空(quantum vacuum)。他提出,量子真空擁有源自虛粒子與反粒子之重力排斥的重力荷(gravitational charge)。之前,他在理論上證明,這種反斥重力能解釋數種觀測,包括通常歸因於暗物質的那些效應。此外,這種額外的重力指出我們活在一個循環的宇宙裡(沒有大霹靂),且對於黑洞的本質以及微中子(neutrino)質量的估計也許能提供洞見。在他最新的論文(發表在 Astrophysics and Space Science)中,他證明量子真空能解釋更多觀測:宇宙加速中的膨脹,而不需要暗能量。

“六十多年前,量子真空就已在理論上被預測出來,” Hajdukovic 表示。”今日,這裡有顯著的實驗性證據指出量子真空確實存在。我已決定要把一件事實(量子真空)與一項假說(反粒子的負重荷)結合,並研究結果。” 物質與反物質間的重力排斥假說已出現超過半世紀,但在我之前,沒人將之與量子真空結合。… 結果令人驚訝;在增添了「物質與反物質間之重力反斥」的量子真空框架下,有解釋(宇宙加速膨脹)的可能性。”

根據 Hajdukovic,量子真空中的「重力」來自於物質的正重荷(positive gravitational charge,正重力荷)與反物質(假設的)負重荷間的重力反斥。雖然物質與反物質在重力上都是自我吸引,不過它們卻彼此相斥。(這部份與 Part 1 的 Massimo Villata 理論類似,在其中帶負重荷的反物質存在於「空洞」中而不是在量子真空中。)雖然量子真空並沒有包含真的物質與反物質,不過短命的虛粒子與虛反粒子卻能瞬間現身且成對,變成重力偶極(gravitational dipoles)。

“如果粒子與反粒子有符號相反的重力荷,一個足夠強烈的重力場就能將虛粒子對轉換成真的,” Hajdukovic 解釋。”那並非新假說而是 Schwinger mechanism(史瓦西機制、施溫格機制)的結果,那在量子場理論中眾所周知。”

在這篇新論文中,Hajdukovic 計算,在量子真空中重力偶極的能量密度是正確的數量級,以扮演宇宙常數,或是導致宇宙加速膨脹的力量。雖然這種一致性乍看之下似乎不怎麼突出,不過在量子場論非常不一致的預測脈絡中,那卻變得令人印象深刻。那預測量子真空的能量密度至少有 30 個(譯註:太陽每天釋放的能量 3.34 × 10^31 J)– 且能高達 120 個 — 數量級,大於觀測到的暗能量密度。 Hajdukovic 的計算也估計,當宇宙的大小約為現在的一半時,宇宙的膨脹開始加速,那只比標準宇宙論的預測早了一些。

有趣的是,Hajdukovic 的量子真空模型與標準宇宙論之間,其中一項顯著的差異是,前者預測這樣的加速會漸漸減少,而後者則預測它會增加。非常不一樣的宇宙命運預測,來自於這些差異。

“一系列的論文發表證明量子真空(增添了反粒子負重力荷的假說)有可能解釋在天體物理與宇宙學中所觀測到的現象,而不用召喚暗物質與暗能量以及神秘的膨脹與物質–反物質不對稱機制,” Hajdukovic 表示。”如果反物質真的有負重荷(那可由 CERN 的 AEGIS 實驗揭露),上面那些論文將興起一波新科學革命。但即使反物質沒有負重荷,這些論文也很重要,因為它們鼓勵將量子真空反思成一種理解宇宙的關鍵。”

除了 CERN 的 AEGIS 實驗(那被設計用來揭露反氫的重力特性)外,Hajdukovic 表示,其他實驗也正在研究反物質的重力特性。例如,加州大學 Riverside 分校的物理學家,最近開始研究電子偶素(positronium,電子–正電子對)的重力特性。

資料來源:PHYSORG:Repulsive gravity as an alternative to dark energy[February 1, 2012]

轉載自only-perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》