学历越高，熬夜越伤脑；霍金的著名定理被证实 | 科技周览

【导语】近日多项科学研究引发关注：全球变暖或致美国民众，尤其是低收入群体糖摄入量上升；霍金黑洞面积定理获超高置信度验证； “毅力”号火星车发现可能含远古生命迹象的岩芯样本；研究揭示学历越高，熬夜对认知能力损害越大；接种带状疱疹疫苗或能降低心脑血(xuè)管病风险；研究表明近四分之一热浪事件与能源巨头排放直接相关；章鱼执行特定任务时也存在惯用“手”。

整理 | 周舒义、平生

天气越热，吃糖越多

《自然-气候变化》9月8日发表的一项研究指出，随着全球气温上升，美国民众，特别是低收入和低学历的弱势群体，正在消费更多不健康的添加糖。该研究只涉及统计关联，不能推断因果关系。

更热的天气会增加身体对补水的需求，通常导致人们食用更多冰镇、加糖的产品。为评估天气状况如何影响添加糖摄入，研究人员分析了2004年至2019年美国家庭的食品采购数据，并将这些数据与该地区的气温、风速、降水和湿度等气象数据进行比较，发现气温与人们的添加糖摄入量之间存在显著正相关。

当气温处于12℃-30℃之间时，添加糖的消费量会随气温上升急剧增加：温度每升高1℃，每人每天的添加糖摄入量平均增加约0.7克。当温度超过30℃时，这种增长趋势趋于平缓甚至略(è)有(yǒu)下(xià)降(jiàng)，研(yán)究(jiū)人员推测这可能与极端高温抑制食欲有关。

增加的糖摄入主要来自含糖饮料（如苏打水、果汁饮料）和冷冻甜点（如冰淇淋）。随着气温升高，人们从烘焙产品中摄入的糖分反而略有下降，这表明消费者可能为了消暑解渴而从常温甜食转向了冰镇饮品和甜点。与高收入、高学历家庭相比，低收入、低学历家庭在天气炎热时添加糖摄入量增幅要大得多。作者还预计，到2095年（按全球气温比工业化前水(shuǐ)平(píng)升高5°C计算）美国人每天的添加糖摄入量将平均增加2.99克。

研(yán)究(jiū)者(zhě)指(zhǐ)出(chū)，目(mù)前(qián)美(měi)国(guó)弱(ruò)势(shì)群(qún)体(tǐ)的(de)平(píng)均(jūn)每(měi)日(rì)添(tiān)加(jiā)糖(táng)摄(shè)入(rù)量(liàng)已(yǐ)经(jīng)超(chāo)过(guò)了(le)美(měi)国(guó)膳(shàn)食(shí)指(zhǐ)南(nán)建(jiàn)议(yì)的(de)“低(dī)于(yú)每(měi)日(rì)卡(kǎ)路里(lǐ)摄(shè)入(rù)量(liàng)10%”的(de)标(biāo)准(zhǔn)。气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)正(zhèng)在(zài)加(jiā)剧(jù)这一问题，对公共卫生系统构成新的(de)挑(tiāo)战(zhàn)。

不(bù)过(guò)需(xū)要(yào)注(zhù)意(yì)的(de)是(shì)，上(shàng)述(shù)研(yán)究(jiū)仅(jǐn)涉(shè)及(jí)添(tiān)加(jiā)糖(táng)消(xiāo)费(fèi)和(hé)气(qì)温(wēn)的(de)统(tǒng)计(jì)关联(lián)，实(shí)际(jì)情(qíng)况(kuàng)可(kě)能(néng)会(huì)受(shòu)饮(yǐn)食(shí)习(xí)惯(guàn)、社(shè)会(huì)文化(huà)、广(guǎng)告(gào)宣(xuān)传等多种因素的影响。例如，天气炎热时商家会在显眼位置打出冷饮广告，这会促进人们的消费意愿；气温超过30℃后添加糖消费量有所下降，也有可能是由于高温减少了人们的外出活动。

霍金的著名定理被证实

在9月10日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的一项研究中，研究人员借助激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到双黑洞碰撞产生的引力波信号，以高达99.999%的置信度，验证了斯蒂芬·霍金提出的黑洞面积定理。这一成果为量子引力理论的研究奠定了重要基础。

霍金在1971年提出，黑洞的总表面积在演化过程中不会减小，即霍金面积定理。当两个黑洞并合时，它们的质量会相加，从而增大表面积。但另一方面，并合过程会释放引力波带走一部分能量；新形成的黑洞也可能获得更高的自旋，而自旋越快，黑洞的表面积反而会相对减小。尽管存在这些反向的影响，但面积定理告诉我们：无论如何，黑洞的总表面积都必须增加。

黑洞碰撞产生的引力波为确定其质量和自旋提供了线索（示意图）。| Maggie Chiang for Simons Foundation

来自黑洞并合的引力波信号为检验黑洞面积定理提供了机会。研究人员表示，2025年1月14日到达地球的引力波事件GW250114是迄今探测到的“最响亮”的引力波事件，如同“耳语变呐喊”，使他们有机会清晰验证霍金的预言。

与十年前探测到的引力波事件GW150914类似，GW250114来自距离地球约13亿光年两颗约30–40倍太阳质量的黑洞并合。但得益于技术进步，GW250114信号比GW150914清晰三倍以上，信噪比高达80，使研究人员得以前所未有地“听见”并合后的铃宕（ringdown），并直接验证霍金的黑洞面积定理。

上(shàng)图(tú)是(shì)此(cǐ)次(cì)研(yán)究(jiū)2025年(nián)捕(bǔ)获(huò)的(de)GW250114，下(xià)图(tú)则(zé)是(shì)10年(nián)前(qián)探(tàn)测(cè)到(dào)的(de)引(yǐn)力(lì)波事件GW150914。随着探测技术的飞跃进展，尤其是对仪器噪声的极大压制，GW250114的信号比当年的首次探测清晰得多。| C. Bickel/Science

此次观测首次以超过99.999%的置信度确认，GW250114并合后的黑洞面积确实大于两个初始黑洞面积之和——从约24万平方公里增加至约40万平方公里。如下图所示，黑洞并合前后面积的分布完全落在“面积增加”的区域，与广义相对论预言的约65%增长高度一致。这不仅是对霍金定理的直接观测验证，更为研究黑洞熵与量子引力理论提供了坚实证据。（原理）

GW250114 黑洞并合前后面积的统计分布。横轴为合并后面积与合并前面积差的归一化比值。概率分布明显落在零点右侧（面积增加），并与广义相对论的理论预言高度符合，显示面积增加约 65%。| LVK 合作组

“毅力”号火星车发现“潜在生物特征”

美国航空航天局（NASA）9月10日表示，“毅力”号火星车去年在火星耶泽罗陨石坑一处古老干涸河床采集到一块(kuài)岩(yán)芯(xīn)样(yàng)本(běn)，可(kě)能(néng)保(bǎo)存(cún)着(zhe)远(yuǎn)古(gǔ)微(wēi)生(shēng)物(wù)生(shēng)命(mìng)存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)。相(xiāng)关论(lùn)文当(dāng)天(tiān)发(fā)表(biǎo)于(yú)《自(zì)然(rán)》。

据(jù)介(jiè)绍(shào)，这(zhè)一(yī)岩(yán)芯(xīn)样(yàng)本(běn)被(bèi)命(mìng)名为(wèi)“蓝(lán)宝(bǎo)石(shí)峡(xiá)谷(gǔ)”，来(lái)自(zì)“毅(yì)力(lì)”号(hào)去(qù)年(nián)7月(yuè)在(zài)Bright Angel地(de)层(céng)探(tàn)索(suǒ)时(shí)发(fā)现(xiàn)的(de)一(yī)块(kuài)岩(yán)石(shí)。“毅力”号搭载的科学仪器发现，布赖特·安杰尔角地层的沉积岩主要由黏土和粉砂组成，在地球上这类物质非常有利于保存远古微生物生命的痕迹。这些岩石还富含有机碳、硫、氧化铁和磷等化学元素。

NASA表示，“毅力”号采集的这一样本具有“潜在生物特征”。所谓“潜在生物特征”，是指可能含有生物起源的物质或结构，但仍需更多数据和进一步研究才能确定其是否与生命相关。这一发现尤其令人意外，因为相关岩石属于“毅力”号探索的最年轻沉积岩之一。此前科学界推测，火星远古生命迹象可能仅存在于更古老的岩层中。

“毅力”号科学家、论文第一作者乔尔·赫罗维茨说，“毅力”号发现的这些化学物质组合可能为微生物代谢提供了丰富的能量来源。然而，仅凭这些化学特征还不足以证明其为潜在的微生物生命迹象，需要进一步分析这些数据。赫罗维茨强调，“目前还不能说这是火星生命的证据，只能说微生物生命是可能的解释之一，但也存在其他可能。”

NASA代理局长肖恩·达菲(fēi)表(biǎo)示(shì)，“毅(yì)力(lì)”号(hào)这(zhè)一(yī)新(xīn)发(fā)现(xiàn)是(shì)迄(qì)今(jīn)距(jù)离(lí)“在(zài)火(huǒ)星(xīng)上(shàng)发(fā)现(xiàn)生(shēng)命(mìng)”最(zuì)近(jìn)的(de)一(yī)次(cì)，具(jù)有(yǒu)里(lǐ)程(chéng)碑(bēi)意(yì)义(yì)，将(jiāng)增(zēng)进(jìn)人(rén)类(lèi)对(duì)火(huǒ)星(xīng)的(de)了(le)解(jiě)。

“毅(yì)力(lì)”号(hào)火(huǒ)星(xīng)车(chē)于(yú)2021年(nián)2月(yuè)在(zài)火(huǒ)星(xīng)耶(yé)泽(zé)罗(luō)陨(yǔn)石(shí)坑(kēng)着(zhe)陆(lù)。据(jù)悉(xī)，“毅(yì)力(lì)”号(hào)的(de)任(rèn)务(wu)包(bāo)括(kuò)寻(xún)找(zhǎo)火(huǒ)星(xīng)远(yuǎn)古(gǔ)时(shí)期(qī)可(kě)能(néng)存(cún)在(zài)的(de)生(shēng)命(mìng)迹(jī)象(xiàng)、探(tàn)索(suǒ)火(huǒ)星(xīng)的(de)地(de)质(zhì)和(hé)气(qì)候(hou)特(tè)征(zhēng)、为(wèi)未(wèi)来(lái)人(rén)类(lèi)探(tàn)索(suǒ)和(hé)登(dēng)陆(lù)火(huǒ)星(xīng)探(tàn)路等(děng)。（新(xīn)华(huá)社(shè)）

学(xué)历(lì)越(yuè)高(gāo)，熬(áo)夜(yè)对(duì)认(rèn)知(zhī)能(néng)力(lì)的(de)负(fù)面(miàn)影(yǐng)响(xiǎng)越(yuè)显(xiǎn)著(zhe)

近(jìn)日(rì)发(fā)表(biǎo)于(yú)《阿(ā)尔(ěr)茨(cí)海(hǎi)默(mò)病(bìng)预(yù)防(fáng)杂(zá)志(zhì)》（The Journal of Prevention of Alzheimer's Disease）的(de)一(yī)项(xiàng)研(yán)究(jiū)指(zhǐ)出(chū)，习(xí)惯(guàn)熬(áo)夜(yè)的(de)人(rén)比(bǐ)早(zǎo)睡(shuì)的(de)人(rén)认(rèn)知(zhī)能(néng)力(lì)下(xià)降(jiàng)更(gèng)快(kuài)，有(yǒu)趣(qù)的(de)是(shì)，受(shòu)教(jiào)育(yù)程(chéng)度(dù)越(yuè)高(gāo)，熬(áo)夜(yè)与(yǔ)认(rèn)知(zhī)能(néng)力(lì)快(kuài)速(sù)下(xià)降(jiàng)的(de)相(xiāng)关性(xìng)就(jiù)越(yuè)强(qiáng)。

荷(hé)兰(lán)格(gé)罗(luō)宁(níng)根(gēn)大(dà)学(xué)的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)依(yī)托(tuō)“生(shēng)命(mìng)线(xiàn)队(duì)列(liè)研(yán)究(jiū)”（Lifelines Cohort Study），纳(nà)入(rù)了(le)23798名40岁(suì)及(jí)以(yǐ)上(shàng)成(chéng)年(nián)人(rén)的(de)健(jiàn)康(kāng)数(shù)据(jù)。研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)使(shǐ)用(yòng)“慕尼黑生物钟问卷”（MCTQ）评估参与者的睡眠类型，量化参与者是“早鸟”还是“夜猫子”。参与者在研究开始和十年后各完成一次“Ruff图形流畅性测试”（RFFT），评估非语言流畅性和执行功能等关键认知能力。

研究发现，晚睡与认知测试分数下降显著相关。在对不同受教育程度的群体进行分层分析后，发现这种负面影响主要集中于高学历人群。在该群体中，睡眠中点每延后一小时，认知得分平均额外下降0.80分。而中低学历人群的这种关联相对不显著。

为何高学历人群反而更容易成为“晚睡受害者”呢？进一步分析发现，在这个群体中，较差的睡眠质量和吸烟是加速认知衰退的重要诱因，分别解释了总关联的13.5%和18.6%。而饮酒和缺乏锻炼的作用相对不显著。

研究人员推测，“社交时差”（Social Jetlag）可能是解释这一现象的关键。所谓“社交时差”，指的是个人天生的生物钟与社会要求（如固定的“早九晚五”工作时间）之间的冲突。

对高学历人群而言，他们从事的工作（如管理、教育、科研等）往往有着严格的固定时间。一个天生的“夜猫子”被迫每天早起上班，即使大脑在熬夜后疲惫不堪也必须强行工作，会导致长期的睡眠剥夺和生理节律紊乱。为了应对这种冲突带来的疲劳和压力，他们可能更容易出现睡眠质量下降，或沾染吸烟等不良生活习惯，从而加速大脑衰老。

相比之下，其他教育背景的人群可能拥有更灵活的工作时间（如轮班制、自由职业或体力劳动），使他们更容易选择与自身生物钟相匹配的工作，减少了“社交时差”带来的负面影响。

带状疱疹疫苗可能降低心脏病及中风风险

日前在西班牙马德里举办的欧洲心脏病学会大会上发布的一项新研究显示，接种带状疱疹疫苗可能会降低心脏病和中风的发作风险。

此前研究表明，带状疱疹患者发病后，其心脏病和中风发作的风险会短暂增加。为探究带状疱疹疫苗与心血管疾病发作风险的关联，英国葛兰素史克公司的研究人员对已有的9项相关研究展开了分析。研究团队称，这是首个全球性系统评估带状疱疹疫苗接种与心血管事件关联的荟萃分析。

欧洲心脏病学会大会官网近日发布的这项研究结果显示，与没有接种带状疱疹疫苗的人相比，接种过带状疱疹疫苗的18岁及以上成年人心脏病和中风发作的风险降低了18%，接种过带状疱疹疫苗的50岁及以上成年人心脏病和中风发作的风险降低了16%。

研究人员表示，虽然研究显示接种带状疱疹疫苗与心血管疾病风险降低之间存在关联，但尚无法推断因果关系，而且，这些研究主要涉及普通人群，而非心血管疾病风险较高人群，这表明需要进行更多相关研究。

带状疱疹是由水痘－带状疱疹病毒感染引起的一种病毒性皮肤病。该病毒可长期潜伏在人体内，正常情况下不易发病，免疫力下降时则可能引发带状疱疹。（新华社）

热浪愈演愈烈，能源巨头应该负责吗？

将(jiāng)气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)归(guī)咎(jiù)于(yú)人(rén)类(lèi)活(huó)动(dòng)的(de)研(yán)究(jiū)并(bìng)不(bù)鲜(xiān)见(jiàn)，但(dàn)《自(zì)然(rán)》9月(yuè)10日(rì)发(fā)表(biǎo)的(de)一(yī)篇(piān)论(lùn)文更(gèng)进(jìn)一(yī)步(bù)，将(jiāng)个(gè)别(bié)公(gōng)司(sī)与(yǔ)特(tè)定(dìng)热(rè)浪直接联系起来。研究指出，2000年到2023年间记录的213起热浪事件中，约1/4与个别能源巨头的温室气体排放直接相关，此外，碳排放大户们需为热浪强度增幅的约50%负责。

“作为一名科学家，我无法为这些事件认定法律责任，”论文主要作者、瑞士苏黎世联邦理工学院气候研究员Yann Quilcaille说。“但每一个碳排放大户都在让热浪愈演愈烈。”

利(lì)用(yòng)国(guó)际(jì)灾(zāi)害(hài)数(shù)据(jù)库(kù)中(zhōng)2000年(nián)到(dào)2023年(nián)的(de)213次(cì)热(rè)浪(làng)数(shù)据(jù)，Yann Quilcaille和(hé)同(tóng)事(shì)评(píng)估(gū)了(le)人(rén)因(yīn)气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)在(zài)多(duō)大(dà)程(chéng)度(dù)上(shàng)影(yǐng)响(xiǎng)了(le)这(zhè)些(xiē)热(rè)浪(làng)事件。他们发现如果没有气候变化，这些热浪事件中有1/4几乎不可能发生。例如埃克森美孚的排放使2021年太平洋西北地区发生热浪的概率增加了1万多倍。不过由于不确定度较大，按照估计下限概率仅增加了19%。

中位数估计显示，由于气候变化，相较于1850-1900年，热浪在2000-2009年间发生的概率增长了20倍，2010-2019年间热浪发生的概率则增长了200倍。他们指出，事件中位数数据还表明，因为气候变化，热浪强度在2000-2009年间升高了1.4°C，2010-2019年间升高了1.7°C，2020-2023年间升高了2.2°C。

利用180个最大的碳排放大户（排放特别高的企业）数据，Quilcaille和同事研究了他们的排放在此类事件频率和强度加剧中的作用。这些实体合计占全球历史排放量的近57%。研究表明，自1850-1900年以来，碳排放大户导致热浪强度增加了50%。作者认为，每个碳排放大户的排放量可能造成了16-53次热浪事件。

哥伦比亚大学的法律学者Jessica Wentz表示，上述研究结果将有助于公众就气候责任展开对话，还可能直接影响数十起针对化石燃料生产商的诉讼。但责任归属不只关乎科学，还涉及许多其他方面。一个核心问题是，让能源公司对气候变化负责是否合理，以及在多大程度上合理。

《自然》联系了英国石油公司、壳牌公司、雪佛龙公司、伊朗国家石油公司和印度煤炭公司等能源巨头，请他们对该研究结果发表评论，但均未收到回复。

章鱼也有偏好“手”

人一般都有惯用手，或左手，或右手。章鱼那么多腕足，有没有惯用“手”呢？9月11日发表于Scientific Reports的一项研究表明：有的，章鱼更倾向于使用某个或某几个腕足执行特定任务。

佛罗里达州南部海岸的野生美洲章鱼（Octopus americanus）| Chelsea Bennice.jpg

章鱼腕足是由围绕一个中枢神经的四个不同肌群（横肌、纵肌、斜肌和环肌）组成的复杂结构。这四个肌群能让章鱼腕足以不同方式变形，由此做出一系列动作以完成各种行为。

Chelsea Bennice和同事分析了2007-2015年间拍摄于大西洋和加勒比海的野生章鱼视频。他们首先识别了章鱼的15种整体行为（如爬行、捕食、构建巢穴等），然后将这些行为分解为12种独立的腕足动作（如伸(shēn)出(chū)、卷(juǎn)曲、举起、收拢等），再将这些动作归结为四种最基本的腕足变形：缩短、伸长、弯曲和扭转。

作者发现，章鱼前面四个腕足的使用率远高于后面四个腕足（64%比36%），它们更倾向于用前腕足探索周围环境，而用后腕足到处移动。因此，两个动作更常用到后腕足：一个是翻滚，此时腕足在章鱼身下顺着海底移动，类似传送带；另一个是撑地“踩高跷”，此时腕足向下笔直延伸以抬起身体。有趣的是，研究并未发现左、右对称腕足之间有明显的使用偏好，这表明它们通常是成对协调工作的。

研究人员表示，上述研究首次证明章鱼倾向于在特定任务使用特定腕足，这种行为目前仅在灵长类、啮齿动物和鱼类中为人所知。上述成果或能用于改进模拟章鱼腕足功能的机械臂。

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