2016年2月25日 星期四

亞洲的古人類


這是一部不錯的科普片,內容也夠新穎。古人類學的發展因為基因圖譜定序的技術發展迅速,知識很容易過時的。

這部片子對我比較新的知識是 63,000 年前亞洲 (寮國) 已有現代人居住。現在分居世界各地的現代人大多是六萬年前 “Out of Africa” 的後代。但是 “Out of Africa” 其實有兩波,一波是六萬年前,一波是十萬年前。看到 63,000 這個數字,心中立即浮現的的圖像就是 這是第一波!,影片中接著也如此推測。現代人到亞洲的時間,又大幅的往前推進幾萬年。

影片接著自然要問這骨頭是 什麼人 ?自從尼安德塔人的基因圖譜定序後,發現現代人身上有 1%~4% 尼安德塔人的基因。現在發現新的化石之後,這是一個必問的問題。尤其 63,000 年與上次基因圖譜定序的期間 55,000 年並不是差距太遠。如果運氣好的話,也許化石殘留有足夠未分解的基因來分析。

所以影片話鋒一轉,講到 Denisovan [2],一截在阿爾泰山發現的現代人女童指骨,大概是 41,000年前的。這是由中國女科學家傅巧妹分析出的基因圖譜序列,這截指骨的粒線體 DNA 的生物時鐘發現 Denisovan比尼安德塔人與現代人分支的時間五十萬年前早上一倍,是一百萬年前。由於粒線體 DNA 只來自與母系,所以這女童可能是現代人與另一古老人種的混血,譬如說是直立人 (Homo Erectus) [3],一種居住與亞洲大陸的古人類,譬如藍田人或元謀人 (這兩種直立人的年代近兩百萬年前最近修正為五六十萬年了)

另外這個影片對我來說也有一個新知識,人類的遷徙不一定是沿海岸線,沿河川也是一個可能。這點倒是容易接受,畢竟東非大峽谷並不是在海邊,發展出的生活技能不一定沿海遷徙最容易。

所以現在的人類起緣的圖像是這樣的:古人類有多次的出走非洲,而在各地各自發展出新的亞種。現代人則有兩次的出走非洲潮,這些現代人到達新居地後與已生存於當地的古人類混血,取得對當地氣候的適應性及疾病的免疫力。現代人是多次遷移、多次混血的結果。

底下這個圖 [6] 取自 Homo-Stammbaum, Version Stringer.jpg: Chris Stringer derivative work: Conquistador [CC BY-SA 3.0 de (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], via Wikimedia Commons。看一看你認識多少老祖宗?如果不認得的話,古人類學的知識要更新了。


介紹一本好書《尼安德塔人》 [7],作者是 Svante Paabo,古人類基因圖譜定序的大師。影片的後半段都在講他的工作。

References:

2016年2月11日 星期四

重力波

這是友人今晨捎給我的訊息 [1, 2]。記者會在昨天開,科學文章發表在《物理評論通訊》二日十二日。觀測到的事件則是在去年的九月十四日,恰好是廣義相對論整一百週年。

事實上事件發生在 13 億年前,由兩個黑洞-一個質量為太陽 36 倍,一個為 29 倍-碰撞後形成一個質量為太陽 62 倍的黑洞,並幅射出太陽質量 3 倍的能量。我們所測量到的重力波,就是這幅射能量的一小部份。

這重力波的頻率在 35~250 Hz 之間,耳尖的人興許還聽得到呢!它的強度是可以造成物質 10 的負 21 次方的應變 (strain)。這個數字是什麼概念呢?如果有一條一公尺的長棒,這重力波會使其收縮/伸長 10 的負 21 次方公尺,這還是沒感覺。一個原子核大小大約是一費米 (Fermi) ,一費米是 10 的負 15 次方公尺,而這重力波對一條一公尺的長棒所造成的效應是只收縮/伸長了一個原子核百萬分之一的長度!

這麼小的距離怎麼量?首先是爭取建造一個長一點、重一點的棒子,LIGO [3] 實驗組建造的是一條長達四公里的棒子,但這只為實驗爭取到 10 3 次方的效應,差的還很遠呢!由於有波的方向的考量,而且要用光的干涉技術,所以這個重質量條其實是個 L 型,這樣兩個方向的波都可以偵測的到,而且可以利用光的干涉來偵測長短的變化。又由於效應如此細微,所以做了兩套,以排除環境中偶發性的噪音。

剩下來的問題是怎麼測量 10 的負十幾次方的效應?這就是光干涉技術的擅長了。理論上光的最小尺度是它的半波長,像可見光中紫光的半波長大約是 200 奈米 (10 的負 9 次方公尺),這樣的長度對重力波對長重質量棒所產生的效應仍然是龐然巨物。幸好光的干涉效應可以解析遠比其波長的長度。事實上,迄今為止,對長度的最精密測量都是以雷射干涉儀來操作的。而這想法在邁克森-摩來實驗 [4] 證明宇宙沒有 以太這物質時已經開始使用了。

這個實驗的結果是五個標準差之外,錯誤的可能性是二十萬年才會發生一次,所以是證據確鑿,無可置疑。

其實重力波的存在在科學家的圈子已經深植人心,幾乎沒有人存疑。但如同我另一個朋友堅持的-量到才算!這個實驗對於百年廣義相對論算是下了一個完美的註腳。

References: