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The lasting impact of Trump’s attempts to challenge the 2020 election results

编者按:本采访最初是在2021年1月6日华盛顿发生暴力事件之前进行的,一些答案也随之更新。

自去年11月失败以来,唐纳德·特朗普总统在每一个转折点上都对2020年总统大选的结果提出挑战。

这些努力的效果在昨天达到顶峰,当一个暴力组织在国会认证乔·拜登的选举团胜利时占领了美国国会。协会表示,这些事件代表着“推翻选举的恶劣企图”。以及美国民主在维护其最基本的原则之一——权力和平移交方面的“失败”。


艾伯图斯写过有关民主国家威权主义的遗产,是专政、政权过渡和国内冲突方面的专家。在接下来的提问中,这位芝加哥大学的政治学家讨论了特朗普试图去合法化和推翻总统选举结果的原因和持久后果。

支持特朗普的暴徒冲击美国国会大厦破坏投票认证有什么影响?鉴于这些事件,国会领导人和即将上任的拜登政府如何断言美国民主的力量?

冲进国会大厦是企图推翻选举的恶劣行径。将权力从一个当权者和平地移交给另一个当权者是民主的最重要原则之一。美国没有通过这一测试。特朗普拒绝认输,并将这次选举定性为大规模欺诈,这进一步违反了关键的民主程序。我担心这将会像滚雪球一样发展成一场运动,在未来几年里威胁到美国的民主。至少,这将助长恐吓,对现任民主党人和主流共和党人的死亡威胁,以及共和党初选中进一步的激进主义。没有简单的出路;即使是在特朗普任期即将结束时弹劾他,或对他进行起诉,也会带来重大风险。

我曾在其他地方撰文称,特朗普的行为近乎“自动政变”,但实际上是为了窃取选举。这仍然是关于窃取选举。不过,如果特朗普与煽动这种阻止新当选总统就职的企图有直接联系,那就更接近于政变企图,而不是自动政变。

国会反对某些州的选举团选举结果的努力的后果是什么?我们需要做些什么,才能使我们的选举制度更加健全,以应对这种企图改变未来选举结果的行为?

选举团制度是一个已不复存在的时代的遗物。开国元勋们没有预料到候选人会赢得多数选票。选民分散在农村各地,许多人无法快速获取信息,这使得代表的审议变得更加重要。当然,对于直接民主的影响,政治精英们也保持沉默。所有这些都有利于选举团这样的制度。但是今天,许多州的法律要求选举人以与州投票一致的方式投票。多年来这种情况一直在扩大,应该会继续下去。在一个理想的世界里,选举团制度应该被取消。但这并不容易,因为这需要修改宪法。


特朗普推翻选举结果的尝试在多大程度上损害了我们的民主制度,包括左翼和右翼的信任?

特朗普的一些支持者似乎真的关心这个体系的完整性。但他们的担忧大多是错误的,是媒体对欺诈和机器操纵的讨论所引发的,这两种情况都极不寻常,不太可能影响这次选举的结果。尽管如此,这些支持者中的许多人仍在继续对我们的民主制度失去信心——这是一个长期趋势的延续。

左翼人士失去信心的原因则不同:现任总统正试图利用联邦政府和与州一级机构的党派关系来窃取选举结果。当人们对民主的信心全面下降时,人们总是会担心各机构将如何应对下一个重大挑战。

你是否对一些主流共和党人对拜登的胜利犹豫不决感到惊讶?在未来的选举中,当几乎没有证据表明选民有舞弊行为时,我们还会看到他们叫嚣舞弊吗?

许多共和党人,以及许多更倾向于布什时代共和党风格的温和派,很快就承认了拜登的胜利。我怀疑,许多仍在坚持的人出于政治原因而不愿这么做。也许他们担心这样做会在初选中遭到右翼的挑战,或者他们担心如果特朗普在共和党中保留了大量的支持基础,他们会担心捐款。

但似乎双方都有一种趋势,即取消当选总统的合法性,不管是否出于潜在的正当理由。最近,它可以追溯到奥巴马时期的出生论,接着是民主党对2016年大选的调查,以及特朗普时期俄罗斯的干预。在未来的选举中,这种情况可能会继续下去,因为社交媒体会分化基于共同事实的全国性话语,让政治上方便的谣言和幻想泛滥。


你写过关于威权精英如何通过选举制度设计、任命和改革的绝对多数门槛等机制,在被赶下台后仍然保持权力。这些问题是否反映在美国的体系中?

选举团和阻挠的经典例子的方式从创始era-most突出某些精英,但不完全,南部slaveholders-sought宪法保护他们的利益在美国建国的时候,并确保这些利益不能轻易违背。同样的道理也适用于参议院的不合理分配(两个席位不考虑州的人口,确保小州不会被大州侵占),以及更明显和严重违反公平原则的情况,比如计算奴隶人数的五分之三条款。

特朗普的行为与其他地方的威权领导人相比如何?它们在哪些重要方面相似或不同?特朗普总统任期内的“压力测试”突显了我们民主的优势、劣势,还是两者兼得?

特朗普行为的许多方面与世界各地的威权主义者产生了共鸣。威权主义者最基本的本能就是紧握权力不放,不管公民对此有什么看法。幸运的是,特朗普也有一些弱点:他自己政府的许多公务员,甚至一些被任命的官员,都拒绝执行他的命令。法院多次驳回了他试图改变选举结果的诉讼。

然而,这四年也突出了规范在维护民主方面的重要性。由于党派原因,国会在阻止总统方面一再退让。其他规范,如公开纳税申报单或尊重司法部的独立性,也受到了挑战。虽然优势令人鼓舞,但总体而言,我认为绝大多数观察人士对弱点的深度感到惊讶。

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UChicago scientists create first computational model of entire virus responsible for COVID-19

芝加哥大学(University of Chicago)的研究人员创建了首个可用于计算导致covid -19的整个病毒的计算模型,他们正在广泛使用该模型,以帮助在大流行期间推进研究。

“如果你能理解病毒的工作原理,这是阻止它的第一步,”格雷戈里·沃斯教授说,他的团队创建了这个模型,并发表在《生物物理学杂志》上。“你对病毒的生命周期和组成所知的每一件事,都是一个你可以攻击它的弱点。”

沃斯和他的团队利用他们以前的经验,找到了病毒每个组成部分最重要的特征,并删除“不太重要”的信息,以建立一个全面但仍可在计算机上运行的计算模型。这种技术被称为粗粒度化,沃斯和他的学生帮助开创了这种技术。

简化框架有助于解决卫生研究的一个关键问题:尽管病毒是一种简单的生物实体,计算建模仍然是一个重大的挑战,尤其如果你想模型的任何病毒与宿主相互作用的身体,这意味着代表数以十亿美元计的原子。

沃斯说:“你可以尝试运行实际整个病毒的原子级模型,但在计算上,它会让你立即陷入困境。”“你也许能够管理它足够长的时间来模拟,比方说,几百纳秒的运动,但这还不足以找出最有用的信息。”

因此,许多研究人员专注于创建病毒单个蛋白质的模型。但是沃斯说,虽然这种分割的过程有它的用途,它也遗漏了更大的图景的一部分。


“病毒本身是一个整体,”计算科学家、黑格·p·帕帕齐安(Haig P. Papazian)化学杰出服务教授沃斯说。“在我看来,你不能假设你可以孤立地看单个部分。病毒不仅仅是它们各部分的总和。”

沃斯说,他的实验室多年来一直致力于建模其他病毒,如艾滋病毒。他们学到的一个教训是,病毒的多个部分相互协作。

例如,科学家可能会研究一种药物,它可以结合病毒表面的刺突蛋白,以阻止它们附着在宿主细胞上。“你可能想知道的一件主要事情是,你是否需要给每个刺突蛋白都注射才能起作用?”如果不是,你能逃脱惩罚的比例有多低?”沃斯说。“当你试图制造药物或抗体时,这是一个关键问题,你可以通过观察整个病毒来最好地理解它。”

该模型还提供了一个框架,一旦有新发现,科学家就可以在其中整合有关SARS-COV-2病毒的额外信息。

沃斯希望,该模型将被证明对冠状病毒药物设计以及理解可能出现的突变有用,比如最近在英国检测到的突变。任何人都可以下载该模型,并将其用于自己的研究。

沃斯说:“制作整个病毒的多尺度模型并迅速整合所有这些信息是技术上的一大进步。”“我真的为我的实验室感到骄傲。我们用了创纪录的时间,真的——仅仅几个月。”如果这次大流行有任何好处的话,我希望它能推动我们抗击新冠病毒类流感、艾滋病毒和未来出现的任何新冠病毒以外的病毒的工具。”

这项研究的第一作者是博士后研究员Alvin Yu。芝加哥大学的其他作者还有Alexander Pak、Peng He和Viviana Monje-Galvan。其他合著者还有加州大学圣迭戈分校的洛伦佐·卡萨里诺(Lorenzo Casalino)、齐德·盖耶布(Zied Gaieb)、阿比盖尔·德默(Abigail Doommer)和罗姆米·阿马洛(Rommie Amaro)。

计算资源由芝加哥大学的研究计算中心、德克萨斯高级计算机中心的弗朗特拉和匹兹堡超级计算中心提供。

引文:“SARS-CoV-2病毒粒子的多尺度粗粒度模型。”于等,生物物理杂志,1月5日。2021, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2020.10.048。

资助:国家科学基金会,国家卫生研究院,RCSA研究,加州大学圣地亚哥摩尔癌症中心

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At work, your voice is underrated. So call me, maybe.

编者按:本专栏作者是尼古拉斯·埃普利,约翰·邓普顿·凯勒行为科学教授。这篇文章最初作为《芝加哥布斯洞察系列》(Chicago Booth Insights series)的一部分发表,该系列是布斯学院与克雷恩芝加哥商学院(Crain’s Chicago Business)的合作项目。在该系列中,布斯学院的教职员工根据自己的研究成果,为小企业和企业家提供建议。

COVID-19从根本上改变了人们的工作生活。我们不用开车去上班,也不用乘飞机去见客户,也不用在大厅里和同事交谈,而是通过Zoom电话、电子邮件和短信交流。我们的研究表明,基于文本的互动的增加可能会产生意想不到的负面影响。


除非你是表情符号明星,或者像简·奥斯汀(Jane Austen)那样善于表达,否则电子邮件和短信是误解的温床。文字缺乏语气,掩盖了你的意图和情感。当同事认为你是认真的时候,和他们开玩笑就不好玩了。

许多人已经转向视频会议来获取所需的背景信息。但是屏幕交互需要集中注意力,深思熟虑,最终消耗大量的注意力。技术故障会造成拖延、说话方式的改变,以及无休止地要求你解除静音,让原本轻松的对话舞蹈变成艰难的工作。这就是为什么“变焦疲劳”是我们在2020年都知道的一个术语。

有一种更好的保持联系的方式,只需要我们重新熟悉一种久经考验的技术——电话。我们花了很多时间输入的智能手机仍然可以让你与另一个人交谈。

虽然在面对面的交谈中,视觉线索是有帮助的,但我们的研究表明,一个人的声音——语调、语速和音量——对于准确理解和与他人沟通是最重要的。

当然,现在给人打电话已经是过去式了,而电子邮件就足够了。但是,文本的效率和简洁性也会给我们的人际关系和幸福带来代价。文本传递信息,但失去了准确的洞察力和我们与他人联系的感觉。

我们的研究表明,即使是那些不喜欢打电话的人也比那些使用短信交流的人有更多积极的体验。在一项实验中,我们要求人们重新联系他们失去联系的人。我们询问他们是更喜欢电子邮件还是电话,并预测他们使用每种媒介会有什么感觉。然后我们随机分配他们做其中一个或另一个。

尽管我们的参与者希望在交谈时感觉更有联系感,但他们也希望交谈时感觉更尴尬,因此三分之二的人表示他们更喜欢通过电子邮件联系。在现实生活中,与打字的人相比,说话的人更享受他们的对话,感觉更紧密,而不会感到更尴尬,不管他们是否说他们更喜欢使用电话。


这个结果对我们的工作生活很重要。远程工作可能是一个孤独和孤立的努力。在可能的时候拿起电话和别人交谈可以让你更明智,增加你的幸福感。

如果你担心年轻一代可能不会接受老式的谈话方式,你要知道,我刚才描述的实验对象是大学年龄的人,他们被证明完全有能力体验听到别人声音是多么美妙。

即使在这场大流行结束后,我们中的许多人仍有可能继续远程工作。如果是这样的话,那么手机可能是20世纪仅有的仍然值得使用的技术之一。

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Poetry in a museum: Alum finds inspiration among wildlife dioramas

10级博士埃里克·艾尔斯坦(Eric Elshtain)是菲尔德博物馆的第一位常驻诗人——“这不是我申请的职位,”他说,“只是我的一个想法。”

这位芝加哥大学(University of Chicago)校友的论文题目是《关于将诗歌作为一种科学工具进行思索》(on The use of poetry as a scientific tools for speculation),其中提到了约翰·沃尔夫冈·范·歌德(john Wolfgang van Goethe)和查尔斯·达尔文(Charles Darwin)等学者的著作。作为几本诗集的作者,艾尔斯顿知道这个领域以前曾有过视觉艺术家居住,他认为他的艺术媒介在那里可能也有一席之地。

因此,在诗歌基金会(Poetry Foundation)的帮助下(他解释说:“我觉得得到其他机构的支持可能会有所帮助,而不是走进去说,‘我想成为你的诗人,’”),他起草了一份提案,被博物馆迅速热情地接受。


然后他开始工作了:除了受菲尔德收藏的启发创作自己的诗歌——包括献给巨龙的《马克西莫颂》——埃尔什坦还帮助博物馆的参观者发现里面的吟游诗人。目前,由于大流行,他是一位遥远的诗人,设计了以诗歌为基础的练习,包括在博物馆为小学生开设的在线课程中。

但平时,他坐在一张移动办公桌前,拿着一台打字机,与孩子和成年人一起,用诗歌表达他们所看到的问题、想法和经历。在这里,埃尔斯特恩描述了他和博物馆游客最喜欢的两件事。他的评论经过编辑和浓缩。

“我坐在哺乳动物的立体模型中,我想这已经成为博物馆里我最喜欢的部分。有个人走过,看着我,停了下来,说,‘我刚注意到你是个诗人。我得跟你谈谈。“他告诉我他一直在想玛莎,那是费城动物园里的最后一只候鸽,孤零零的,候鸽类的最后一只。

当他开始谈论玛莎时,我开始打字。这变成了草案。然后我们坐下来一起工作。我解释了一些关于换行的决定等等。我们基本上是根据他对最后一只候鸽玛莎的逐字观察写了一首诗。

“不然他会怎么做?”他很可能会一走了之,而那些想法也不会被放在任何地方。


另一个经历是:一名35岁左右的女性和她的祖母在一起。他们参观了一个野生动物摄影展。她从我身边走过,看了看指示牌上对我的工作做了哪些解释,然后长叹一声,说:‘我需要你的帮助。我太心烦意乱了。这次展览让我陷入了困境,因为我一直在思考环境破坏、气候变化和这些生物的消失,我需要有人帮助我表达自己。”

“她和我一起坐了近一个小时,我们一起写了一首诗,讲述了她对物种灭绝、环境灾难和她自己的痛苦的想法。这对她来说是一个重要的时刻——对她的祖母来说也是。她的祖母决定她可能也需要开始写作了,因为她有一些想法。

“有些人被感动得流下了眼泪,因为他们认为这是一份礼物。我试着告诉他们:这是你送给自己的礼物。因为很多时候,我所做的只是逐字逐句地转录他们的话试图捕捉人类语言的自然节奏。这就是我的贡献。我就像一个翻译。”

-这个故事最初由人文学部的杂志《Tableau》发表。

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The World War II-era Chicago school of meteorology that decoded weather forecasting

自从1903年莱特兄弟打电话给气象局,为世界上第一次飞机飞行寻找合适的地点以来,飞行员和气象学家就一直处于一种共生关系中。飞行员从安全高效的天气预报中受益,作为回报,配备仪器的飞机可以收集地面上无法获得的数据。


到1940年,瑞典气象学家、流亡者卡尔-古斯塔夫·罗斯比是美国研究高层大气的最杰出支持者。通过应用物理定律和数学模型,罗斯比领导了天气研究从描述性科学向预测性科学的转变。当他成为芝加哥大学气象学学院(University of Chicago Institute of Meteorology)的首任院长时,这一任命开启了芝加哥大学帮助塑造这一发展领域的关键20年。

芝加哥气象学院在学术界、工业界和军方之间建立了联盟,将理论转化为实践;揭开了恶劣天气的神秘面纱;为未来气候变化研究奠定了基础。芝加哥大学气象学项目名义上在50多年前就关闭了,但它的影响继续波及地球物理科学。

一个天气眼

天气预报可以追溯到古代文明,当时人们使用天文学来追踪季节变化。但随着温度计、气压计和湿度计(用来测量湿度)的发明,气象学在17、18世纪成为一门经验科学。可量化的数据可以用于天文关联、历史记录保存和早期天气预报的直觉。

但是电报的发明将气象学和天气预报结合到实际工作中。有了这项技术,人们就可以系统地收集数据,并向东边的人们发出风暴即将来临的警告,东边是天气通常的移动方向。

1870年,美国政府成立了国家气象局。50年来,美国和世界各地的气象服务机构都依靠天气图主观地发现模式,并根据有根据的猜测预测天气。

20世纪早期,罗斯比是一颗冉升起的新星,他在挪威地球物理科学研究所学习极地锋理论,这是气象学最早的大规模研究之一。《时代》周刊在1956年一篇关于罗斯比的文章中写道,挪威人最近认定,来自极地地区的大量寒冷干燥空气是“天气剧”的“主角”。它们的运动形成了现代天气图上的冷锋和暖锋。

1926年,罗斯比获得奖学金,进入美国气象局研究极地锋理论在美国天气中的应用。在美国的第一年,他研究了湍流和对流(基于流体的热上升和冷下沉),咨询了蓬勃发展的航空业,并将导师的理论应用于美国的天气图。

但气象局“对27岁的瑞典人来说不是一个愉快的地方”,霍勒斯·拜尔斯(Horace Byers)写道。拜尔斯后来是罗斯比的学生,后来成为罗斯比的长期同事和传记作者。罗斯比在一系列小事件上与气象局发生了冲突,当他为查尔斯·林德伯格从华盛顿特区飞往墨西哥城的航班做未经授权的天气预报时,这些小事件达到了顶峰。罗斯比离开气象局时被称为”不受欢迎的人”

球形牛和罗斯比波

麻省理工学院着陆后,罗斯比于1928年建立了第一个气象学研究生课程。利用学校提供的研究飞机和氦气球携带的新型遥感设备,Rossby得以进入上层大气,在那里他探测到直接影响天气的大规模流动模式。这些是行星波,现在被称为罗斯贝波,自然发生在旋转的流体中。如果极地气团是气象恒星,那么罗斯比波就是产生者。

罗斯比的研究为“我们理解热带和两极之间的中纬度大气奠定了基础,”芝加哥大学地球物理科学副教授蒂芙尼·肖(Tiffany Shaw)说。她的研究重点是地球当前和未来气候的物理学。“他的作品的美妙之处在于他使用了一个非常简单的模型。从复杂的物理定律开始,他必须做出假设,并得出了天气波动这一涌现的特性。”

作为一名训练有素的物理学家,肖用“球形牛”的比喻来解释为什么像罗斯比这样的物理学家倾向于简化模型。有个笑话说,一个奶农请求帮助提高牛奶产量。一位理论物理学家回答说:“我有一个解决方案,但它只对真空中的球形牛有效。”

理论物理学家的经典方法是简化复杂系统的模型。如果你想要尽可能精确地模拟一个扔出的球的运动,你必须考虑球的形状、纹理、周围的空气密度——无数影响轨迹物理的考虑因素。这不仅使解决复杂的问题变得令人生畏,而且还导致了精确预测在高湿度下投掷足球运动的模型,而不是在干燥高温下投掷棒球运动的模型。但如果你只考虑质量,你可以预测运动,虽然不完美,但在不同的情况下已经足够了。

这就是Rossby对行星波所做的;他在二维而不是三维中模拟了它们的运动,忽略了诸如水蒸气和垂直运动等方面。他的简化模型可以通过大气观测或实验室实验进行研究。他们还使未来的大气科学发现成为可能。

在罗斯比波被发现后不久,他加入了芝加哥大学,领导它的新研究所。

战争、海浪和天气

第二次世界大战是芝加哥大学气象学研究所成立的推动力。阿瑟·霍利·康普顿(Arthur Holly Compton)支持该计划,称其为“我们能为国防做出的重要贡献”。他认为,这所大学已经在物理、地理和数学方面开展了开创性的研究。其次,它青睐基础研究,第三,它所处的地区气候独特,航空、农业和工业需要气象学家。

气象学学院成立于1940年,是物理系的一部分。罗斯比被任命为研究所的负责人,拜尔斯是他的得力助手。那一年,富兰克林·罗斯福(Franklin Roosevelt)总统要求建造5万架军用飞机,需要1万名受过气象训练的军官;罗斯比的学术教育很快转向了军事训练。

1941年末,珍珠港被炸后,学生们离开海德公园,奔赴战场。“到1942年,所有可用的宿舍空间都被用于军事项目,”学院院长约翰·w·博伊尔(John W. Boyer)在《芝加哥大学:历史》(University of Chicago: A History)一书中写道。国际楼里挤满了气象学学员和红十字会志愿者,雷诺兹俱乐部成了学院的总部。

这个为期9个月的课程包含了旧气象学的常识,但它是以流体动力学为基础的。研究高空急流的地球物理科学教授中村信(Noboru Nakamura)表示:“罗斯比在很大程度上致力于以物理学为基础培训下一代气象学家。”罗斯比不仅想教这些学生如何阅读天气图,还想教他们如何分析数据(通常是由空军飞行员收集的)和识别全球模式。

到第二次世界大战结束时,芝加哥已经培养了1700多名气象学家。

规模问题

战争结束后,该研究所回到了原来的重点基础研究,形成了后来著名的芝加哥气象学院,重点强调物理、数学和建模。那是一个令人兴奋的时代,充斥着“需要概念验证的未经检验的理论”,中村说。数据飞来飞去,准备应用到理论方程中,看看它们在实践中是否成立。


在战时收集的观测资料的指导下,罗斯比的团队重新访问了他的行星波。在日本执行轰炸任务后,B-29飞行员报告说,在巡航高度风速高达每小时230英里。大风导致炸弹偏离目标,当被定位为逆风时,会燃烧额外的燃料,耗尽飞机的燃料。Rossby认为这些风一定和他的高海拔波浪有关,并发展了一个数学理论来预测它们的行为。他将这些快速流动的风河命名为“喷射流”,它们现在被用于天气预报和航空规划。

挪威人从一个全面的角度来研究天气,把大的运动和趋势放在局部现象之上:极地气团,以及低压气旋和飓风。罗斯比就大;喷射流是全球尺度气象学的一部分,结合了全球环流模型。但芝加哥大学的研究规模也更小,进入中尺度。气象学的这个分支领域包括雷暴和龙卷风,并且在战后蓬勃发展。

对中尺度气象学的重要贡献来自于国会授权和资助的雷暴项目。这个项目是由气象局、陆军空军、海军和NASA的前身合作完成的,研究了风暴的原因和特征。拜尔斯被任命为董事。这个项目几乎是在战争结束后立即开始的,有飞机、气象仪器和大量训练有素的人员。它还拥有雷达——以前用于监视敌机的高度机密技术——能够跟踪雷暴和可视化云中降水结构。

“雷暴计划”让飞行员驾驶装备有雷达的“黑寡妇”战机穿越雷暴,以不同高度垂直飞行,收集有关雷暴特征和演变的数据。随后,芝加哥大学的科学家花了两年时间手工分析了大量数据集。雷暴项目的发现为恶劣天气研究提供了基础知识:例如,风暴生命周期的三个阶段的发现和表征。


在此期间,另一名男子正在日本爬山,收集自己的数据。他们都对风暴的性质得出了相似的结论。拜耳对一个人拥有如此少的资源却能取得如此大的成就印象深刻,于是邀请了藤田哲也(Tetsuya Theodore Fujita)到芝加哥,他很快成为了那里的中气象研究项目主任。

藤田继续进行他自己的大范围、数据驱动的龙卷风调查。中村认为藤田是他心目中的英雄之一。“但是我们的大学传统上一直在培养非传统的、有创造性的科学方法,”他说,“并支持科学家进行在其他地方不可能进行的工作。”

地球物理科学

在接下来的几年里,气象学扩展到行星科学,在这一领域占据了主导地位。1961年,芝加哥大学气象系与地质系合并,成立了地球物理科学系。

今天,该部的重点是地球的大气、海洋、冰川和气候;表面、内部和演化;和生物圈。系里的研究人员也将目光投向太空,研究系外行星和宇宙化学。

“该系的愿景从一开始就是从系统的角度来研究地球科学,”中村说,“不只是从单个学科,而是从地球环境的整体角度。”

中村最近的研究关注的是喷射流如何以及为什么会受到干扰,以及这会如何导致异常天气。他把喷射流比作天气系统行驶的高速公路,但它们不是笔直的,而是曲折的。大规模的特征,如山脉、陆海过渡,或广阔的陆地块,改变了河流的内部动态,就像改变高速公路上的速度限制。低速行驶时,交通可能会堵塞。中村用流体力学来解释为什么会发生这种情况,并尽可能地简化,就像Rossby处理波浪那样。在此过程中,他已经能够从数学上把汽车车流量联系起来。

“我对短期更感兴趣,”中村说,从几天到几周——天气变化的时间尺度。

更长期的分析开始转向气候科学。例如,协会。蒂凡尼•肖教授的气候研究工作包括用数值模拟测试有关世界运行方式的理论,以及通过观察寻找突发模式。

“我的研究集中在大规模的特征上,无论是罗斯比波、高速气流还是哈德利环流,它们支配着热带地区的空气流动,”肖说。她试图回答的一个问题是,这些特征如何应对气候变化。

对于理论物理学家来说,问题总是出现:要解释应对气候变化的突发性模式,最基本的物理要素是什么?气候行为可以用更简单的工具在更基础的层面上理解吗?

“我们有一个大模型,上面有所有的铃铛和口哨,”肖说,“然后我们去掉多余的部分,只留下必要的部分,就像罗斯比那样。“如果理论是正确的,他们应该能够解释连续变化的气候。“这就是我们如何建立对未来几百年地球气候预测的信心。”

——改编自芝加哥大学杂志最初发表的一篇文章。

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Even after long-term exposure, bionic touch does not remap the brain

神经科学和工程学的进步给卢克·天行者(Luke skywalker)式假肢带来了巨大的希望:这种机器人装置几乎与人类的肢体没有区别。解决这一挑战的关键是设计出不仅能根据用户自身的神经活动操作的设备,而且还能准确无误地接收和传递感官信息给用户。

芝加哥大学和查尔默斯科技大学的神经科学家在12月22日发表在《细胞报告》杂志上的一项新研究强调了要证明这一点是多么困难。在三个被截肢的肢体被替换为神经肌肉骨骼假肢的受试者中,研究人员发现,即使在使用了一整年的设备后,参与者的主观感觉从未改变,以匹配他们的假肢设备上的触摸传感器的位置。


触觉的稳定性突出了神经系统适应不同感觉输入能力的极限。

三名肘部以上截肢的参与者装备了高科技的神经假体设备,这些设备被直接固定在他们的肱骨上。用户可以通过植入在手臂残留肌肉的电极接收到的信号来控制假体设备,并通过另一组植入电极接收感官反馈。位于假体拇指上的传感器触发神经刺激,进而产生触觉。

然而,由于神经的组织本质上是任意的,外科医生不能确定他们放置电极是否会在拇指的正确位置产生感觉。在这项研究中,假肢使用者没有报告拇指有这种感觉,而是在其他手部部位,如中指或手掌。

然后参与者每天戴着假肢12个小时以上,每天都戴着,在超过一年的日常生活中,他们用它来操纵物体。

”与当前神经电极的一个问题是,你不能告诉在植入手术的哪一部分神经对应什么感觉,所以电极并不总是完全的土地位置匹配的神经假肢手的位置传感器,”主要作者和开发人员说neuromusculoskeletal假肢马克斯•奥尔蒂斯加泰罗尼亚查尔默斯科技大学仿生学副教授,瑞典哥德堡仿生学和疼痛研究中心主任。

他继续说:“我们希望,由于患者在几个月的时间里,每天都在抓东西,然后在手上的其他地方感觉到这种感觉,大脑可以通过将感知到的感觉转移到拇指来解决这种不匹配。”

尽管在与物体互动时能够观察到自己的手,但没有一个使用者报告说他们在拇指上有这种感觉,而是这种感觉在最初感觉的同一区域持续存在。

在一年的时间里,这些受试者每天都看到他们的假拇指触摸东西,并在不同的地方感觉到它——有时靠近大拇指,但不是在它上面——这种感觉从未改变。芝加哥大学詹姆斯和凯伦·弗兰克家族的生物生物学和解剖学教授斯里曼·本斯玛亚说。


这些结果挑战了现有的关于肢体丧失后大脑可塑性的教条。许多人相信,在失去感官输入后,大脑有很强的自我重组能力,将现有的、未使用的脑组织用于其他目的。

本斯玛亚说:“人们一直认为,神经系统是可塑的,所以如果你看到的和感觉之间不匹配,这是神经重新映射的好机会。”“例如,如果你把两个手指缝在一起,看看大脑是如何表现的,它们似乎已经融合在一起了。”

“但我认为这种观点被过分夸大了。这更像是你在重新整理一个房间,而更像是你在听到一个空房间里回响的声音。”“你可能会从邻近的肢体得到一些重叠的感觉,但这只是因为大脑用来回应感觉的区域是空的,激活它周围的神经元可以在空的区域产生回声。”

这项研究强调了在为使用这类神经假体设备的患者植入感觉阵列时,确切知道电极放置位置的重要性,因为大脑似乎不太可能对其感知感觉输入的方式做出实质性调整。“这意味着你真的必须把它做好,”Bensmaia说。“这里没有重来的机会。”

该研究的其他作者包括仿生学和疼痛研究中心的恩佐·马斯蒂努、瑞典查尔默斯理工大学和芝加哥大学的查尔斯·格林斯彭。

引文:“长期使用敏感仿生手并不能重新映射触觉。Catalan等人,细胞报告,2020年12月22日。DOI: 10.1016 / j.celrep.2020.108539

资助:Promobilia基金会、IngaBritt和Arne Lundbergs基金会、VINNOVA、瑞典研究委员会(Vetenskapsradet)、欧洲研究委员会和NINDS。

-这个故事最初由芝加哥医科大学发表。

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Fermilab and partners achieve sustained, high-fidelity quantum teleportation

一个可行的量子互联网——存储在量子位上的信息通过纠缠在一起进行远距离共享的网络——将改变数据存储、精确传感和计算领域,引领一个新的通信时代。

本月,费米国家加速器实验室(美国能源部与芝加哥大学附属的国家实验室)的科学家们与五个机构的合作伙伴在实现量子互联网的方向上迈出了重要的一步。

在PRX Quantum发表的一篇论文中,该团队首次展示了由光子(光的粒子)组成的量子位的持续远距离隐形传输,保真度超过90%。

利用最先进的单光子探测器和现成的设备,量子比特通过27英里(44公里)长的光纤网络传送。

“我们对这些结果感到非常激动,”费米实验室的科学家、费米实验室量子科学项目负责人、该论文的合著者之一帕纳约蒂斯·斯宾佐里斯(Panagiotis Spentzouris)说。“这是一项重大成就,它将重新定义我们进行全球通信的方式。”

就在几个月前,美国能源部在芝加哥大学的新闻发布会上公布了全国量子互联网的蓝图。

将粒子

量子隐形传态是一种将量子态从一个位置转移到另一个位置的“无实体”传输。一个量子位元的量子隐形传态是通过量子纠缠来实现的,在量子纠缠中,两个或多个粒子不可避免地相互连接在一起。如果一对纠缠粒子在两个独立的位置共享,不管它们之间的距离有多远,编码的信息就被传送了。

联合团队的研究人员分别来自费米实验室、at&t、加州理工学院哈佛大学、美国宇航局喷气推进实验室和卡尔加里大学。他们成功地在两个系统上传送了量子位:加州理工学院量子网络和费米实验室量子网络。该系统是由加州理工学院的智能量子网络和技术(IN-Q-NET)公私研究项目设计、建造、委托和部署的。


“我们非常自豪能够在可持续、高性能和可扩展的量子隐形传态系统上实现这一里程碑式的成就,”加州理工学院物理教授、IN-Q-NET研究项目主任玛丽亚·斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)说。“随着我们预计将于2021年第二季度完成的系统升级,结果将进一步改善。”

加州理工学院和费米实验室的网络,以近乎自主的数据处理为特色,既与现有的电信基础设施兼容,也与新兴的量子处理和存储设备兼容。研究人员正在使用它们来提高纠缠分布的保真度和速率,重点是复杂的量子通信协议和基础科学。

Spentzouris说:“通过这次演示,我们开始为芝加哥地区的量子网络建设奠定基础。”

芝加哥的网络,被称为伊利诺伊高速量子网络,是由费米实验室与阿贡国家实验室,加州理工学院,西北大学和工业伙伴合作设计的。

费米实验室负责研究的副主任Joe Lykken说:“这一壮举证明了跨学科和机构间合作的成功,它推动了我们在科学领域取得的巨大成就。”“我对in – q – net团队以及我们在学术界和工业界的合作伙伴在量子隐形传态方面的首次成就表示赞赏。

引文:“向量子互联网传送系统。”Valivarthi等人,PRXQuantum, 2020年12月4日,DOI: 10.1103/PRXQuantum.1.020317

资助:美国能源部科学办公室量化项目

——改编自一篇最初由费米实验室国家实验室发表的文章。

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The complicated relationship between museums and Native Americans

2020年12月1日,纽鲍尔文化与社会学院(Neubauer Collegium for Culture and Society)举办了一场在线小组讨论,邀请了五位土著学者和策展人,讨论博物馆机构与部落社区之间的“复杂关系”。

在过去的30年里,博物馆学会了更直接地与部落社区打交道,来管理他们的文化材料。联邦政府关于归还人类遗骸和文化遗产的规定,促使博物馆与土著社区协商,并在工作中承认土著礼仪。但是,博物馆机构和部落社区之间对关怀和合作的不同意识形态仍然是紧张局势的根源。

今天,土著策展人、收藏品管理者和教育者的角色不仅包括维护多种标准的照料,还包括维护与同事、机构和社区(既有在世的也有祖先)的关系。小组成员讨论了他们在研究、策展和教学中维护和实施土著博物馆实践的具体方式。

参加讨论的有:俄克拉荷马城第一美国人博物馆高级策展人希瑟·阿托内(乔克托族/切克索族)、华盛顿大学助理教授兼独立策展人米兰达·贝拉德-刘易斯(祖尼族/特林吉特族)、加州大学伯克利分校副教授伊丽莎白·胡佛(莫霍克族/米克马克族血统);妮娜·桑德斯(Nina Sanders)是纽鲍尔学院(Neubauer Collegium)的访问学者,也是最近阿普萨鲁克女性与勇士展览(Apsaalooke Women and Warriors exhibition)的策展人。

会议由芝加哥大学人类学教务长博士后特雷莎·蒙托亚主持。

想要了解更多信息,请阅读与阿普萨鲁克妇女和勇士展览会联合出版的书,或观看3月12日在芝加哥大学校园举行的阿普萨鲁克舞蹈家、鼓手、长者和其他参与者的游行。

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Ripples in space-time could provide clues to missing components of the universe

我们的宇宙理论有点不太对劲。几乎所有东西都吻合,但宇宙软膏中有一只苍蝇,无限三明治中的一粒沙子。一些科学家认为罪魁祸首可能是重力——而时空结构中细微的涟漪可以帮助我们找到缺失的那块。

一篇由芝加哥大学科学家共同撰写的新论文阐述了这一原理。12月出版。在《物理评论D》中,该方法依靠的是找到这样的波纹,这些波纹是在穿越超大质量黑洞或大型星系到达地球的过程中被弯曲的。

问题是,有什么东西不仅使宇宙膨胀,而且随着时间的推移膨胀得越来越快——没有人知道那是什么东西。(对确切速率的研究在宇宙学中一直存在争议)。

科学家们提出了各种各样的理论来解释这一缺失的部分。“其中许多依赖于改变引力在大尺度下的工作方式,”论文合著者Jose Maria Ezquiaga说,他是芝加哥大学Kavli宇宙学物理研究所NASA爱因斯坦博士后研究员。“所以,如果引力波存在的话,它是观察重力可能变化的完美信使。”


引力波是时空本身结构中的涟漪;自2015年以来,人类已经能够通过LIGO天文台捕捉到这些涟漪。每当两个巨大的重物体在宇宙的其他地方碰撞时,它们就会产生一个在太空中传播的涟漪,携带着任何形成它的特征——也许是两个黑洞或两个中子星的碰撞。

在这篇论文中,Ezquiaga和合著者Miguel Zumalacarregui认为,如果这些波在到达地球的过程中击中了特大质量黑洞或星系团,波纹的特征将会改变。如果引力和爱因斯坦的理论有区别,证据就会被嵌入这个签名中。

例如,一种关于宇宙缺失部分的理论认为存在额外的粒子。这样的粒子,在其他效应中,会在大型物体周围产生一种背景或“介质”。如果一个运动的引力波撞击一个超大质量的黑洞,它会产生一种波,这种波会和引力波本身混合在一起。根据它遇到的物体,引力波的信号可能会产生“回声”,或者出现混乱。

一个波浪混合和创造一个独特的新签名的插图。资料来源:Ezquiaga和Zumalacarregui

“这是一种探索以前无法测试的情况的新方法,”Ezquiaga说。

他们的论文为如何在未来的数据中发现这些影响提供了条件。下一次LIGO运行计划于2022年开始,将对探测器进行升级,使其比现在更加灵敏。

“在我们最近一次使用LIGO进行的观测中,我们每隔6天就会观测到一个新的引力波,这很神奇。但在整个宇宙中,我们认为它们实际上每五分钟发生一次。”“在下一次升级中,我们每年可能会看到数百起这样的事件。”

他说,数量的增加,使一种或多种波更有可能穿过一个巨大的物体,科学家将能够分析它们,寻找失踪成分的线索。

论文的另一位作者朱马拉卡瑞吉是德国马克斯·普朗克引力物理研究所、劳伦斯·伯克利国家实验室伯克利宇宙学物理中心和加州大学伯克利分校的科学家。

引文:“超越广义相对论的引力波透镜:双折射、回声和阴影。”Ezquiaga和Zumalacarregui,物理评论D, Dec。21日,2020年。DOI: 10.1103 / PhysRevD.102.124048

资助:美国宇航局,卡弗里基金会。

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Can’t draw a mental picture? Aphantasia causes blind spots in the mind’s eye

如果让你凭记忆画一幅你祖父母的客厅的画,你能做到吗?对大多数人来说,某些细节很容易在脑海中浮现:“角落里有一架钢琴,窗户边有一棵棕榈树,咖啡桌上有两颗贝壳。”

但对其他人来说,这样的任务几乎是不可能完成的。这些人患有一种罕见的失能症,这使得他们无法轻易地在脑海中再现图像——事实上,“心灵之眼”这个词对他们来说可能没有意义。

芝加哥大学(University of Chicago)的心理学助理教授威尔玛·班布里奇(Wilma Bainbridge)最近领导了一项关于失能症的研究。这种疾病可能是先天性的,也可能是由于创伤而获得的。“他们认为这只是一种表情,一直到成年,他们才意识到其他人可以在看不到羊的情况下看到它们。”


班布里奇是感知和记忆神经科学方面的专家,他决定通过实验量化无hantasic患者和那些在特定视觉记忆任务中具有典型意象的人之间的差异。其目的是更好地描述隐失性,这一研究很少,梳理物体记忆和空间记忆之间的差异。

在发表在《皮质》杂志上的这项研究中,班布里奇和同事们向几十个人展示了三个房间的照片,这些照片既有典型的,也有有限的。然后他们要求两组参与者画房间,一次是凭记忆画,一次是参照照片画。

记忆实验的差异是惊人的:具有典型意象的个体通常用适度的细节画出房间里最突出的物体,比如颜色和关键设计元素(绿色地毯,而不是长方形)。

患有阿方塔西亚症的人则比较困难——他们可以在房间里摆放一些物品,但他们的画通常比较简单,有时还依赖于书面描述。例如,有些人把“窗口”这个词写在一个窗口的轮廓里面,而不是画窗玻璃。

班布里奇说,尽管失能症患者缺乏视觉图像,但他们似乎拥有完整的空间记忆,这与图像不同,可能以不同的方式存储。例如,先天失明的人仍然可以描述一个熟悉房间的布局。

因此,有失能症的人能够在大多数情况下把他们确实记得的物体放在房间里的正确位置,就像那些有典型图像的人一样,即使他们不记得很多细节。

令人惊讶的是,尽管失忆症患者总体上记住的物体更少,但他们犯的错误也更少:他们没有对不存在于任何房间的物体产生任何错误的记忆,而且只三次将物体放置在正确的位置——但错误的房间。

班布里奇说:“一种可能的解释是,由于智能应用程序在执行任务时遇到了困难,它们依赖于其他策略,比如空间语言编码。”“他们的语言表达和其他补偿策略实际上可能会让他们更好地避免错误记忆。”

相比之下,拥有典型图像的人总共会犯14个错误,而且经常会包括没有出现在照片中的物体。有一次,有人甚至把一架钢琴拖进了只有壁炉、椅子和沙发的客厅。班布里奇说,这可能是因为他们在利用自己对其他客厅的视觉记忆——这是患有失能症的人做不到的。

两组人在被要求简单复制照片时画的东西更多,没有出错,得分也一样高,这表明这种差异是真实的,是特定于记忆的,而不是艺术能力或努力。

识别能力也不受影响:阿方塔西亚患者在第二次看房间图片时知道哪些图片是他们看过的,他们也能认出家人和朋友——尽管如果不看的话,他们无法看清自己的脸。

失能症最近才作为一种心理现象为人所知。班布里奇说,这在一定程度上要归功于一些名人——包括皮克斯(Pixar)的联合创始人埃德·卡特穆尔(Ed Catmull)和firefox的联合创始人布莱克·罗斯(Blake Ross)——站出来,写了他们在视觉图像方面的经验不足,从而引起了人们对这种情况的关注。

由于失hantasic只影响一小部分人群,班布里奇和她的合著者从网上论坛招募了参与者,这些论坛上有失hantasic患者分享过他们的经验,以确保大样本包括61名失hantasic患者和52名具有典型意象的对照组。两组的画都由近2800名在线志愿者客观评分。

班布里奇说,这项研究补充了越来越多的研究,这些研究证实了失读是一种体验,并证明了物体记忆和空间记忆之间的关键区别。

与合作者佐伊杵和艾莉森Eardley威斯敏斯特大学和克里斯·贝克在国家精神卫生研究所,她希望进一步探索aphantasia体现在大脑中,通过使用核磁共振扫描阐明一些图像在典型和aphantasic个人背后的机制。

引文:“通过绘画量化失能症:那些没有视觉意象的人表现出物体的缺陷,而不是空间记忆。Bainbridge等人,《皮质》,2020年12月3日。DOI: 10.1016 / j.cortex.2020.11.014

资助:国家心理健康研究所

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