量子点闪光的风采

①随着上海世博会的临近，有关世博会的报道竞相走入人们的视野，其中报道最多、宣传力度最大的就是中国首座零碳排放公共建筑“零碳馆”。据悉，零碳馆内的玻璃上采用了一层特殊的荧光涂料，它们能将大自然的阳光强效提高，从而提供给植物更多的能量，这是怎么一回事呢？还是让我们一起来看看这种神秘的荧光涂料一一量子点。

②量子点一般为球形或类球形，结构包括核、壳两个部分，由有限数目的原子组成，粒径为1～10纳米，是纳米尺度上原子和分子的集合体，因而也被称作“人造原子”。它可把内部的电子锁定在一个非常微小的三维空间内，当有一束光照射上去的时候，电子会受到激发，变得异常活跃，当电子由活跃恢复到稳定状态时，会发射器一定波长的光——这就是所谓的量子点荧光。由于量子点具有显著的“尺寸效应”，即大小不同的量子点发射不同波长的荧光，而不同波长的光颜色不同，所以使，目量子点就能得到一系列波长不同、颜色分明的荧光。

③为了能够利用量子点产生荧光的这种特点1，人们将其制造成新型的纳米材料——量子点荧光材料。

④平日里，我们可以看到的光源大多数是白光，由不同强度和波长的光混合组成。一般情况下，特定的荧光材料只能吸收某一小范围内波长的光，并发出波长范围很小的光。而用量子点制作的这种荧光材料有一个很与众不同的特点：它所能吸收的光范围很宽，发出的光也可以通过调整自身的大小来进行控制。

⑤大家都知道植物具有光合作用，也都听说过“太阳光谱”。大部分太阳光是光线的综合体，其中包含可见光源和很大一部分的不可见光源，比如太阳光中有68%以上是红外光，10%以上是紫外光，红外光和紫外光都是不可见光源。而植物对这样庞大的太阳光谱的吸收也是具有选择性的，唯有可见光才能被植物吸收利用，于嘉！作为太阳这样巨大的能量体，通过阳光输送给地球上植物的能量有很大一部分没有被吸收利用而浪费掉了。量子点荧光材料可以作为一个桥梁，把不能被植物很好利用的一部分不可见光转变成植物可以利用的可见光。当太阳光中更多的光线成为了具有特定波长的可见光的时候，就可以迎合植物对光的“胃口”，从而增加植物吸收光的量，也就提高了光合作用的效率。在这个过程中，完全不需要额外的能源，也不会排放出任何对环境不利的污染物，可谓名副其实的“零碳”。

⑥但量子点荧光材料也存在很多问题，它虽然可以把部分不可见光变成可见光，可是转换效率有时没有预计的那么高，中间损耗了很多。更重要的是，量子点材料涂在玻璃上是不是还会阻挡一些有用的光照射到其他物品上？还有，量子点是具有毒性的，不可以直接使用，安全性的问题怎么办？这些问题都亟待完善和解决。

微型黑洞蒸发之谜

沈 英 甲

①科学家认为，除了质子间和超对称粒子间的碰撞外，导致产生反质子的基本粒子现象，还有微型黑洞的蒸发。

②英国物理学家、黑洞蒸发理论提出者斯蒂芬·霍金对与大型黑洞相比较要小得多的黑洞进行了探究，他认为在刚诞生不久的宇宙，由于若干因素导致能量密度分布极不均衡，密度高的极小部分会因自身重力收缩，可能形成微型黑洞。如果这类微型黑洞仍大量存在于银河系和宇宙之中的话，就有可能随着它的蒸发放射出反质子，并倾泻到地球上。

③从比质子还要小的微观尺度来看，能量等所有物质不会维持在一个定值，而是在波动。在“虚无”状态，甚至在完全不存在物质的真实中，也不停地进行着粒子与反粒子的对生成和对湮没，在黑洞表面的真空中也反复着这一过程，具有负能量的粒子或是反粒子会陷入黑洞的强重力场，于是与其相对的粒子或反粒子就会从黑洞被释放出来。

④黑洞会把物质、能量或者信息统统吸入，但是比质子还要小的微型黑洞会因为这种强重力场的量子效应，释放出粒子和能量。斯蒂芬·霍金进一步说明，黑洞释出能力也就是它具有的“温度”，这种温度与黑洞的质量成反比，所以黑洞释放出粒子后会变轻变小，温度不断升高。最后，黑洞温度急剧升至无限高，爆发性地释放出粒子，然后归于灭亡。

⑤如果早期宇宙几乎都是由微型黑洞构成的话，这些微型黑洞就会参与银河系的形成，大量微型黑洞就会在银河系周围形成晕圈状的球形分布。这些微型黑洞的质量和温度各异，从几乎不再释放粒子的冷却黑洞到爆发性持续蒸发的，黑洞可能类型众多，迄今为止已经消失的也不计其数。

⑥微型黑洞的温度一旦达到极高，在爆发之前的数千万年间会持续释放出质子和反质子等粒子，释放出的反质子以低能量者居多。

⑦高温物质会释放出粒子和反粒子，其中也包括反质子。但是没有人预言初期的宇宙到底能生成多少微型黑洞，银河系中也许完全不存在微型黑洞，也许存在甚多微型黑洞。不过，科学家有可能利用高性能的探测器准确无误地捕捉到来自宇宙的反质子。具有低能的反质子由宇宙线碰撞是困难的，十分罕见。所以，来自宇宙空间的低能反质子是探寻微型黑洞蒸发的极理想的途径。通过科学家实验，这种探索开始成为可能。

⑧大爆炸结束时的宇宙被称为“放晴的宇宙”，只是靠光信息来观察比“放晴的宇宙”更早期的宇宙是不可能的。对此，只能靠找寻微型黑洞——这一来自极早期宇宙的化石，来研究刚刚诞生的宇宙及超微观尺度上宇宙密度的变化，这在理论上是可行的。

⑨科学家要深入地探究，是否存在处于低能状态的来自微型黑洞的反质子。低能粒子流因地球磁场而发生弯曲，只倾注于靠近地球磁极的高纬度地区，国际空间站的轨道与赤道的夹角为51度，无法观察。科学家认为，有必要在地磁极附近通过高空气球进行长期观察，为此要减低检测器的重量，降低耗电，将来从阿拉斯加北部围绕北极进行环球飞行，或围绕南极点实现20天气球飞行，最终揭开有关反质子的谜团。

阅读下面的文字，完成下面小题。

材料一

明末的《植品》对向日葵的最早描写，可以说是我国人民对向日葵的最早认识，不仅提到了向日葵是由西方传教士带来的外域品种，而且对于它向日旋转的习性也有了准确的认识，记述了向日葵日出时，花盘便随太阳转动的特点。随后的历代学者都对这一外来植物进行了较为细致的描写，人们对向日葵的认识也越来越清晰。

（摘编自《探讨我国古代的向日葵文化》）

材料二

早在1898年，美国植物学家约翰·沙夫纳就系统地记录了向日葵花盘的运动轨迹，其逐日运动主要分成三个阶段：一、从日出到日落期间，花盘会随太阳自东向西转动；二、落日到晚上10点期间，向日葵会慢慢回到竖直的状态，然后不动；三、凌晨3点后，花盘会缓慢向东转动，直至朝向东方，等待太阳的再次升起。此外，向日葵的逐日运动只发生在花盘尚未开花或者刚开放不久的一段时间，如果花盘已完全开放或者已完成授粉，向日葵就不再追随太阳运动了，而是会一直朝向东方。

第一个研究植物向光性的是达尔文，他通过研究得出结论：胚芽鞘的尖端是植物感受光照的部位，尖端会分泌出一种物质并向下传递某种信号，从而造成植物向光弯曲的现象。植物尖端到底是通过什么途径向下传递信号的呢？多位科学家做了很多实验以探究这种促进植物生长的化学物质到底是什么，直至1942年，他们才确认这种物质是吲哚乙酸，一种植物天然生长素。生长素主要分布在植物旺盛生长的组织器官内，如根尖、茎尖、幼嫩的种子等。植物的向光性弯曲是因为生长素的不均匀分布所致。如下图：

（摘编自房裕东《向日葵为何逐日而生》）

材料三

对向日葵向阳而动的原因主要有两个理论假说，即植物生长素假说和热力影响假说。但这两种假说都不能很好地解释为什么太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳升起。最新研究发现向日葵的向阳性由几个小小的基因控制，尤其是IAA19-like和SAUR50-like基因。在白天，与生长素（auxin）合成相关的SAUR50-like基因在向日葵茎秆东侧大量表达，随着该基因的持续表达向日葵的花盘也逐渐由东方慢慢转向西方；在夜间，另一个与吲哚乙酸合成通路相关的基因IAA19-like在向日葵茎秆西侧大量表达，促使向日葵的花盘缓慢地由西面转向东面迎接太阳的再次升起。但这两个基因特异性表达的原因目前还未知。

（摘编自严兴初《基因如何控制向日葵总是向着太阳？》）