belcher（麻省理工学院的“DOLPHIN”光学成像系统如何发现微小的肿瘤）_太阳_液氮_质量

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• 麻省理工学院的“DOLPHIN”光学成像系统如何发现微小的肿瘤
• 假如把地球同等大小的液氮罐投入太阳能不能把太阳扑灭
• 一天写完一篇论文是什么感觉

麻省理工学院的“DOLPHIN”光学成像系统如何发现微小的肿瘤

越早检测到早期癌症，治好癌症的几率越大。但一些肿瘤很难发现，直到它们达到一定的大小，而此时可能为时已晚。麻省理工学院的研究人员现已开发出一种新的光学成像系统，可用于发现体内深处的微小肿瘤。

目前，在医学成像的深度和分辨率方面都存在一些限制。MRI和CT检查可以扫描整个身体，但可能会错过小于1厘米（0.4英寸）的肿瘤。另一方面，光学成像技术可以看到较小的肿瘤，但是深度可能超过约3厘米（1.2英寸）。

“我们希望能够更早地发现癌症，”该研究的共同主要作者Angela Belcher表示。“我们的目标是找到微小的肿瘤，并以无创的方式进行。”

对于这项新研究，研究人员试图充分利用这两个领域。由于波长较长，近红外光可以比其他光学方法更深入地穿透身体，并以更高的分辨率进行。诀窍是一次成像多个近红外波长，这一过程称为高光谱成像。

然后可以从身体外部拾取这些信号，并使用团队开发的算法进行分析，以确定探头在体内的位置以及探头的深度。该团队称其系统为DOLPHIN，即“使用高光谱和近红外漫射成像检测光学发光探测器”。

为了测试DOLPHIN系统，该团队使用含有不同纳米颗粒的探针，这些纳米颗粒会在不同波长的近红外光下发出荧光。然后，他们让小鼠吞下探针，并通过消化系统追踪进展。考虑到探头只有0.1毫米长，远远小于光学成像通常可能的探头，这一点尤其令人印象深刻。

更好的是，该团队还打破了深度记录。在另一项试验中，将颗粒注入小鼠和大鼠的体内，可以看到深达4厘米（1.6英寸）。当他们在动物组织样本和人类组织上进行测试时，最大深度加倍。

就目前而言，这只是一个概念证明，看看是否有可能使用DOLPHIN系统来成像如此小的，如此深入地进入身体。现在该团队计划调整探针，以便他们可以寻找和标记肿瘤，使它们发荧光。

“就实际应用而言，这项技术将使我们能够非侵入性地追踪0.1毫米大小的荧光标记肿瘤，这是一个约有几百个细胞的集群，”该研究的共同主要作者Neelkanth Bardhan表示。“据我们所知，此前没有人能够使用光学成像技术做到这一点。”

该团队的第一个目标是卵巢癌，众所周知这通常难以发现，而被发现时往往为时已晚。该团队接下来的目标包括胰腺癌，脑癌和皮肤癌等。

该研究发表在《科学报告》杂志上。

假如把地球同等大小的液氮罐投入太阳能不能把太阳扑灭

很可爱的想法呢。

不过我想问者的意思应该是地球体积大小的液氮，而不是一个空空的液氮罐吧，哈哈。

图示：喷液氮的枪与火焰喷射器的对喷测试，后院科学家（在自家后院做一些有趣/危险测试的科学爱好者）证明液氮枪很强，足以熄灭火焰喷射器。

太长不看版：答案很简单不能扑灭太阳。

原因见下面的详细叙述。

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首先当液氮数量达到地球那么大的时候，您就真的不需要考虑用一个罐子把它装起来，因为它将拥有足够的质量自己形成一个液氮星球。

不妨让我们先算算地球体积那么多的液氮，到底会有多大的质量吧。

液氮密度：0.807克/立方厘米，密度略低于水，温度-197摄氏度

地球的质量：5.97237×10^24 千克

地球的平均密度：5.514克/立方厘米

所以如果地球是液氮组成的，那么它的质量为：5.97237×10^24 *0.807/5.514 = 8.740846*10^23千克，而月球的质量也才7.3477 × 10^22 kg，所以液氮地球相当于十个月球质量呢，足够形成一个独立完全由液氮形成的星球。

如果我们将这样一个星球与太阳撞击，会发生什么事情呢？

图示：扔进火堆自动爆裂的灭火球，将灭活粉末向四周喷洒达到自动灭火功能，可用于小型失火。

是否会像这个动图中所演示的那样，噗嗤，太阳熄灭了，天空一片黑暗！

如果一颗液氮星球冲入太阳，能将太阳熄灭，那可将是一次永久性的日食。人类会因此灭亡吗？不过在放飞想象之前，让我们先搞清楚为什么液氮能灭火吧。

液氮为什么能灭火？

液氮能扑灭火，是因为它不参与燃烧，其次它非常冷，物质的燃烧总是需要一个燃点，一个被点燃的温度，低于该燃点火就会熄灭，此外地球上物质的燃烧大多需要空气中的氧气，所以只要能隔绝氧气或者降低温度都能达到灭火的效果，当然灭火时常常是双管齐下。

以森林火灾为例，因为森林火灾常常给人类造成大麻烦，所以对它的研究也非常多。一方面它浪费了宝贵的木材资源，并造成野生动物的大量伤亡，同时还制造空气污染，森林火灾还常常造成人员伤亡。

图示：燃烧的野火三要素：可燃物+热量（温度）+氧气。

森林火灾常见原因是闪电击中树木产生的高温引发。但一般来说，如果空气中的氧气浓度低于16%，就很难发生森林火灾，这大概相当于海拔2134米。这既可以在实验室进行验证，也能从地球的火灾史上得到旁证，在大气中的氧气浓度升高到16%之前，没有任何燃烧的化石遗迹。

图示：3.6亿年前地球中的氧气水平升高到超过16%，大规模火灾也正式出现在地球上。

在埃克塞特大学的野火实验室，地球系统科学教授Claire Belcher研究了在自然界发生天然火灾所需要的氧气浓度限制，他们将自己的发现称为“火窗”，在实验室中，他们发现，如果大气氧浓度低于16％，即使将一根木材点燃，它们也难以蔓延扩散。但是，现在空气中的氧含量为20.9％，在这种情况下，一旦木材被引燃，火灾就迅速传播。而如果氧气浓度达到23％或更高的水平，那火灾会变得更加频繁，广泛并具有更大的破坏性。在氧气浓度达到30%后，任何可能产生火花的东西都能很容易的引燃任何可燃物，除非它的含水量极高。

图示：地球史上的氧气浓度波动

地球大气中氧含量突破16%事件大约发生在距今3.6亿年的时候，也就是从那时候开始地球上有了大规模的森林火灾，并在地层中留下了大量火灾证据。而在此之前就没有这样的事情发生，不是因为没有植物没有可以燃烧的东西，而是因为大气中的氧气浓度不够制造出大规模的火灾呢。

所以，让我们再次确认一下，灭火的要素是：

1、降低温度

2、阻断可燃物与氧气的接触

液氮显然是非常优秀的灭火剂，因为它的温度极低，达到零下176摄氏度，而且它覆盖在燃烧物上也就顺便阻断了这些物质和氧气的接触，同时液氮受热转变为氮气，在局部将成为优势气体驱逐附近空气中的氧气，而氮气本身是无毒的，因为我们空气中就含有高达78%左右的氮气呢，液氮简直是完美灭火剂，除了它过于昂贵以及温度太低很可能会造成低温伤害之外，就没有别的缺点了。

但是太阳并不是一团火，因为它几乎不含氧气呢。

让我们看看太阳的物质组成。

图示：太阳的主要元素是氢，占比超过90%，剩下的主要是氦占比为8.8%。剩下的其它元素总占比微不足道，其中氧的占比仅为0.0774%。

在几百年前物理学家在估算出太阳的质量和太阳每秒钟释放出的能量后，就产生了一个巨大的疑问，太阳的能量从哪里来？即便太阳全是煤组成的，先不管氧气从哪里来，以太阳释放能量的速度，它只够燃烧两千年！可太阳至少已经燃烧了几亿年了（那时候物理学家对太阳系寿命的估算还很不靠谱，但几亿年和两千年相比依然超过得太多了）！

图示：太阳系的诞生

所以，太阳肯定不是一个燃烧的火球。那太阳为什么会发出光和热？

这事儿直到爱因斯坦的质能方程横空出世，才解决了这个困扰物理学家百年的难题。太阳是通过将质量转变为能量来放出光和热的，只需要很少一点质量就能得到极多的能量。太阳就是一个巨大的氢气球，它的质量实在太大了，大到在引力的作用下，在内核产生了超高压力和温度，在这两者的共同作用下，其内核的氢原子彼此之间发生猛烈的撞击，彼此融为一体，成为氦原子，在这个过程中释放的能量，将太阳从一颗巨大的气态星球转变成一颗耀眼的恒星。

图示：在太阳核心发生的核聚变反应过程，从氢原子开始最终生成两个质子和一个氦，同时释放能量。恒星本质上是一台元素的熔炉，在这里轻元素转变为更重的元素。

据理论计算，太阳内核的压力达到2500亿个大气压，1560万K的温度。在如此巨大的压力和温度下，氢元素和氢元素之间聚合在一起转变为氦元素，在这个过程中会出现少许质量损失，这些损失的质量不会凭空消失而是转变为了能量。所以，将地球大小的一团液氮扔进太阳去，完全算得上是火上浇油的行为，任何增加太阳质量的事情，都会更加猛烈的刺激太阳的核聚变，让太阳之火烧得越发旺盛。

那就没有快速熄灭太阳的办法了吗？

理论上还是有的，比如减少太阳的质量，如果将太阳的质量降低到现在质量的8%以下，那么它的核聚变的条件就会消失，太阳也就会熄灭。或者增加太阳的质量，让其质量在短时间内迅速增加超过临界质量，到那时，太阳产生的核聚变能量不足以抵抗向内收缩的引力，那么太阳将直接转变成一个黑洞，当然在此之前，或许会有一次超新星大爆发或许没有，这得看用什么元素增加太阳的质量了，如果用铁去增加，那么太阳将会悄无声息地变成一个黑洞，因为铁元素在发生核聚变时非但不释放能量，反而吸收能量。

图示：太阳受到两个力量的影响，向内收缩的引力和向外膨胀的核聚变产生的能量。如果产生的能量不足以对抗向内收缩的压力，太阳就会被压塌，这将发生在太阳的晚年，到那时太阳会转变成一颗体积小质量大的白矮星。

图示：恒星的命运。

宇宙中的恒星如太阳，将最终转变为白矮星。但那些比太阳质量大得多的恒星，在它们生命的晚期，它们会在经历一次超新星大爆发之后，看残存的质量有多少，少一点就转变为中子星，多一点就直接转变为黑洞。在发生超新星大爆发时，此前核聚变反应产生的各种新元素就会被抛洒到宇宙中，当然超新星爆发的过程本身也是元素生产机。

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一天写完一篇论文是什么感觉

过来人表示：呵呵呵！