我的博士课题的科普介绍

我的博士课题的科普介绍

我在这里介绍一下我的博士课题的背景。

自相似——大自然的艺术

Why is geometry often described as ‘cold’ and ‘dry’? One reason lies in its inability to describe the shape of a cloud, a mountain, a coastline or a tree. Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles, and bark is not smooth, nor does lightning travel in a straight line.

为什么几何学常被认为是“冷酷”、“枯燥”？其中一个原因就是它无法描述云彩、山峦、海岸、树木——我们美丽的大自然。云朵不是一些球形，山峦不是一些圆锥，岛屿不是一些圆形，树皮是不光滑的，闪电也不沿一条直线。

–B. Mandelbrot


Koch曲线

自相似性是指每一任意小的局部的形状都与整体相同，例如，Koch曲线就是一个自相似性的图形。 在自然界中，许多自发生长的结构都具有自相似性。以下是一些自然界的自相似结构：


树叶


青苔
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人造肌肉

人和动物的肌肉能在神经信号的驱动下发生收缩，是由于肌肉具有复杂而有序的结构，能把分子级的形变层层放大至宏观的形变。以人类现有的合成手段，暂时还没有能力对材料结构从分子级（十亿分之一米）到宏观尺度进行连续的精确控制和设计，像肌肉这种大自然的杰作，人类暂时还是望尘莫及，然而，如果仅仅是希望把分子级的形变简单叠加成宏观的形变，人类现在已经有些办法。

Skeletal_muscle

400px-Rasveratrol_isomerization分子的形变，叫做“构象”的变化。有很多分子的构象变化，只是分子内部发生了旋转，在空间上没有什么变化；而有些分子的构象变化，是弯曲和伸直的变化，就好像一个小手指一样。偶氮苯就是这样一种分子，它在可见光照射下会伸直，在紫外光照射下会弯曲。科学家们已经试图利用这种分子来构建能够在两种光照下在宏观上发生形变的材料（人造肌肉），并取得了一定的进展。这项技术的难点还是在于如何让分子以相同的方向排列，使得微观的形变能体现为宏观的形变。如果偶氮苯分子是零乱排列的，那么各个分子的形变叠加之后就相互抵消了，宏观上就没有动静。

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最近，科学家利用液晶分子能自动有序排列的性质，结合偶氮苯分子，制成了能响应光照发生弯曲形变的薄膜。通过在薄膜两端延长一段，类似高跷的原理，把薄膜产生的形变进一步放大。所制得的薄膜能够在可见光和紫外光的交替照射下自己步行。还能制成可多段弯曲的，具有多个“关节”的“手臂”。该项研究发表在J. Mater. Chem. 2009. DOI: 10.1039/b815289f。

Prasher拿不到奖，Chalfie什么感想？

今天才看到13号在Nature News上的Chalfie专访。我首先关注的就是他有没有提到Prasher。因为，你如果过份赞美Prasher，就好像你不该拿奖似的；但如果你对Prasher稍有贬低，那人家就马上说你背信弃义。但是Chalfie的回答很好。原来不光Chailfie发Science的时候署了Prasher的名字，就连钱永健发Science的时候也署了Prasher名字，大家都尊重Prasher。问题是Prasher现在很穷，而且也该得奖。总觉得这件事情很遗憾。

这篇专访另一个好玩的地方是，最后记者习惯性地问了句“What’s next for you?”，Chalfie说：“The funny thing is, some people ask: what are you going to do now? But this was an award for something that we published 14 years ago. We’ve been doing quite a lot [since then], mainly looking at mechanical sensors on the sense of touch and trying to understand how that’s transduced.”