“她”甚至会吃掉自己的手臂。很多物种都会在繁殖后死亡。但就章鱼妈妈而言，这种状况尤为令人担忧：在大多数章鱼品种中，当卵接近孵化时，“她”就会停止进食。然后“她”会离开孵卵期间的保护性同伴，变得一心想要毁灭自己。“她”可能会去撞击石头，撕破自己的皮肤，甚至会吃掉自己的手臂。现在研究人员发现了似乎控制着这种致命狂热的化学物质。没有人知道这种行为的目的。有各种各样的理论，包括戏剧性的死亡表演将捕食者的注意力从卵上吸引走，或者母亲的身体将营养物质释放到培育卵的水中。华盛顿大学助理教授 Z. Yan Wan 表示，更有可能的是，相继的死亡保护了小章鱼免受上一代的伤害。她表示，章鱼是同类相食的动物，如果老章鱼留在那里，它们最终可能会吃掉彼此的幼崽。Wodinsky 发现，如果切断视腺的神经，章鱼妈妈就会抛弃“她”的卵，重新开始进食，然后再活 4 到 6 个月。对于只能存活大约一年的生物来说，这种寿命延长的程度令人印象深刻。但没有人知道视腺是如何控制这一系列的自我伤害的。

邵逸夫奖基金会公布了本年度的获奖者名单。邵逸夫奖是根据已故香港影视大亨邵逸夫的遗愿设立的科学类奖项，分为天文学、生命科学与医学、数学科学三个类别，每项奖金 120 万美元。天文学奖授予了瑞典的 Lennart Lindegren 和爱尔兰的 Michael Perryman，以表彰他们一生对天体测量学的贡献，尤其是在欧洲太空总署依巴谷号及盖亚号的构想和设计中扮演的角色；生命科学与医学奖授予了美国的 Paul A Negulescu 和 Michael J Welsh，以表彰他们发现囊肿性纤维化是分子、生物化学和功能上出现缺陷所引致，以及鉴别和研发新药物去修复这些缺陷，因而能够治疗大多数患者；数学科学奖授予了普林斯顿的 Noga Alon 和牛津大学的 Ehud Hrushovski，以表彰他们对离散数学和模型论的非凡贡献，尤其是与代数几何、拓扑和计算机科学的相互影响。

5400 年前大约人类发明文字的同一时间，一颗柏树（Fitzroya cupressoides）在今天智利的沿海峡谷地带生长。它避开了火灾和砍伐，成长为一颗直径逾四米的巨人。今天它被称为 Alerce Milenario 或 Gran Abuelo，可能是至今最古老的活生物体。智利环境科学家 Jonathan Barichivich 结合计算机模型和传统树龄计算方法，估计 Alerce Milenario 的年龄或逾 5000 年。这意味着它比目前的记录保持者至少长一个世纪。很多树龄学家对 Barichivich 的结论持怀疑态度。这项研究尚未发表。但部分专家对此持开放立场。

Max Ehrmann 在其著名的诗歌《Desiderata》中形容每个人都是宇宙的孩子。在字面意义上，我们确实是宇宙之子，人体含有恒星的成分。人类及地球所有生命都是以碳-12 元素为基础。而碳-12 需要恒星内部的高温和高压才能形成。碳是氢、氦和氧之后第四丰富的元素。创世大爆炸创造了氢气和氦气。恒星制造了氧气和碳。红巨星之类的古老恒星产生了大量的碳，它们无处不在。根据发表在《Nature Communications》上的一项研究，日本科学家使用超级计算机运行建模程序解释了碳-12 如何在恒星中形成。

大强子对撞机（LHC ）ALICE 实验的研究人员首次直接观测到量子色动力学的死角效应（dead-cone effect）。研究报告发表在《自然》期刊上。粒子碰撞会产生夸克和胶子，在粒子物理中它们被称为部分子（parton）。在创造出来之后，会经历被称为部分子雨（parton shower）的连串事件，它们会以胶子的形式发射辐射失去能量，胶子也发射出胶子。雨的辐射模式依赖于发射胶子的部分子质量，在部分子飞行方向周围产生一个胶子发射被抑制的区域，这个区域叫死角。死角效应三十年前在粒子对撞机上间接观测到过，而直接观测它是极具挑战性的。

2003 年 7月，物理学家和普利策奖提名作家 Tony Rothman 博士收到了编辑的坏消息邮件。Rothman 的新书距离出版还有几周时间。书名《一切都是相对的》致敬了爱因斯坦（Albert Einstein）的相对论。Rothman 要求出版商 Wiley 在封面上放一张这位史上最著名科学家的照片。

电邮写道：“刚刚出现了一个问题。”Rothman 的编辑被警告，爱因斯坦遗产管理机构“极具侵略性和诉讼性”。除非出版商为使用爱因斯坦的形象支付高额费用，否则可能面临起诉。Rothman 很沮丧。他在邮件中回复道：“这很荒谬。”“如果遗产管理机构盯着所有使用（爱因斯坦形象）的人，他们没时间做其他事了。你确定他们甚至拥有它吗？”Rothman 的编辑不愿意去调查这些法律技术细节。这不是出版商第一次遇到继承人与他们作对了。

爱因斯坦于 1955 年去世。在最终遗嘱的第 13 条中，他承诺，在秘书 Helen Dukas 和继女 Margot Einstein 去世后，他的“手稿、版权、出版权、版税……以及所有其他著作权”将传给耶路撒冷希伯来大学，这是爱因斯坦于 1918 年参与共同创立的机构。爱因斯坦在遗嘱中没有提及在书籍、产品或广告中使用他的名字或肖像。今天这些被称为公开权，但是在爱因斯坦写遗嘱的时候，还没有此类法律概念。当希伯来大学在 1982 年接管爱因斯坦的遗产时，公开权成了一个激烈的法律战场，每年价值数百万美元。

1980 年代中期，大学开始对谁可以使用爱因斯坦的名字和肖像以及相关费用进行控制。希望获得授权的人被告知要提交申请，然后由不具名的仲裁员进行闭门评估。爱因斯坦牌尿布？不行。爱因斯坦牌计算器？可以。任何不遵守此程序或者违反该大学决定的人都可能会受到法律诉讼。爱因斯坦主题T恤、万圣节服装、咖啡豆、SUV卡车和化妆品卖家都被告上了法庭。该大学的目标范围下至街头小贩，上至可口可乐、苹果、迪士尼等跨国公司，迪士尼公司在 2005 年支付了 266 万美元，为其“小小爱因斯坦（Baby Einstein）”婴儿玩具获得了 50 年的使用授权。

根据发表在《物理评论快报》上的一篇论文，中科大等的研究人员首次实现了侧信道无关量子密钥分发（QKD）的实验验证。QKD 基于量子力学基本原理，理论上可以为远程用户提供无条件安全的密钥交换。然而，实验实现和理论之间存在很大差距。在实际QKD系统中，由于现实器件并不完美，窃听者可以利用编码维度以外的侧信道，如光子频谱、发射时间、传播方向、空间角动量等来窃取密钥，这给现实 QKD 系统留下了潜在安全性漏洞。

中科院植物研究所研究员郭柯团队在西藏察隅县考察时，在云南黄果冷杉原始森林发现我国迄今为止最高树木。经无人机吊绳多次测量，该树木高度 83.2 米、胸径 207 厘米，高度超过了此前报道的位于西藏的不丹松（76.8米)和位于中国台湾的台湾杉（81-82米），刷新了中国最高树纪录。研究人员表示，该区域之所以能够保留如此高大完好的原始森林，得益于优越的气候和地形条件，以及极少的人类活动干扰。此处的大量高大树木及所在群落和生态系统具有重要的科研价值和保护意义。

三十年来，量子物理学家 Sandu Popescu、Yakir Aharonov 和 Daniel Rohrlich 一直被同样的情景所困扰。这始于他们在 1990 年描绘的名为超震荡(superoscillation)的波浪现象。布里斯托大学教授 Popescu 表示：“我们从来都无法真正说出困扰到底是什么。”“从那时候起，我们每年都会回到这里，从不同角度看到它。” 在 2020 年 12 月，三位物理学家在《美国国家科学院院刊》上发表了一篇论文，解释了问题所在：在量子系统中，超振荡似乎违反了能量守恒定律。该定律指出孤立系统的能量永远不会改变，这不仅仅是一个基本的物理原理。牛津大学物理学家 Chiara Marletto 表示，现在人们认为它是宇宙基本对称性的一种表达——是“物理学大厦的一个非常重要的部分”。对于新的悖论是否真的违反了能量守恒定律，物理学家存在分歧。他们对这个问题的态度部分取决于是否应该认真考虑量子力学的个别实验结果——无论它们是多么的不可能。希望通过努力解决这个难题，研究人员将能够弄清楚量子理论中一些最微妙也最奇怪的地方。

狼疮是一种自体免疫性疾病，即免疫系统非正常地攻击自身健康的组织和器官。狼疮的原因一直是个谜，它没有治愈方法，目前的治疗主要在于减轻症状。根据发表在《自然》期刊上的一项研究，研究人员相信他们发现了导致狼疮的单点突变。此前的研究将狼疮与 TLR7 基因关联起来，西班牙少女 Gabriela Piqueras 在 5 岁时出现了狼疮症状，研究人员在她的基因组中识别了一个单点突变，在小鼠身上利用 CRISPR 基因编辑技术重现这一突变会导致其发展出狼疮症状。这一突变增加了免疫系统对鸟嘌呤的敏感性，鸟嘌呤是 DNA 和 RNA 的基础组成部分之一。这导致了在没有病毒 RNA 存在的情况下打开感染传感器。TLR7 位于 X 染色体上，这能解释为什么女性比男性更可能发展出狼疮。

汤加火山喷发影响波及太空。当汤加火山爆发时，一股巨大的气体、水蒸气和灰尘喷向天空，并在大气中造成了巨大的压力扰动导致强风。随着风向上移动到更薄的大气层，其移动速度更快。在到达电离层和太空边缘时，NASA 电离层连接探测器(ICON)记录的风速高达每小时 450 英里，这是 ICON 自发射以来所测量到的 120 英里高度以下最强风速。在电离层，极端的风也会影响电流。电离层中的粒子有规律地形成一股向东流动的电流，即赤道电喷流，由低层大气中的风提供动力。汤加火山爆发后，赤道电喷流的峰值功率激增到正常功率 5 倍，并急剧转向，短时间向西流动。

发表在《人类生殖》期刊上的一项研究发现，精子表观遗传衰老时钟可能是预测夫妇怀孕时间的一种新的生物标记物。精子表观遗传衰老是精子的生理老化，而不是时间上的老化。研究发现，男性伴侣年龄较大的夫妇在 12 个月后怀孕的累积概率比男性伴侣年龄较小的夫妇低 17%。这项研究涉及 379 名男性伴侣，他们都是为了怀孕而停止使用避孕药具的夫妇。研究还发现，吸烟的男性精子的表观衰老程度更高。虽然夫妻双方的实际年龄仍然是生殖成功的重要预测因素，但精子表观遗传衰老时钟很可能反映了驱动精子生物老化的外部和内部因素。

根据发表在《科学》期刊上的一项研究，对小鼠的研究发现 T 细胞会随着年龄的增长而阻断神经细胞再生信号。研究人员还发现这一机制是可逆转的，可使用名为单克隆抗体的靶向药物抑制 T 细胞，恢复和改进神经细胞再生能力。对年轻小鼠和年长小鼠的 RNA 测序发现，年长小鼠的神经元诱导了名为 CXCL13 的趋化因子，能吸引名为 CD8+T 的 T 细胞（细胞毒性T细胞），抑制了神经细胞的再生。使用针对的 CXCL13 的单克隆抗体阻断细胞毒性T细胞能显著改善神经再生。

RNA世界假说认为，在 DNA 及其编码的蛋白质进化之前，第一个生物体是基于 RNA 链的。标准理论认为，在“RNA世界”里，生命可能以复杂的原始 RNA 链形式存在，它们既能复制自己，又能与其他链竞争。这些“RNA酶”可能进化出了制造蛋白质的能力，并最终将它们的遗传信息转化为更稳定的 DNA。但该过程是如何发生的仍旧是个问题，部分原因是单由 RNA 组成的催化剂的效率远远低于今天在所有活细胞中发现的蛋白质酶的效率。根据发表在《自然》期刊上的研究，化学家解决了生命起源理论中的一个关键问题，他们证明了 RNA 分子可以将短链氨基酸连接在一起。 研究人员通过连接活细胞中常见的两段RNA，构建了一种合成 RNA 分子，其中包括两种经过修饰的核苷。在第一个特异核苷位点，合成分子可以与一个氨基酸结合，然后氨基酸侧移与邻近的第二个特异核苷结合。随后，研究人员分离了原来的RNA链，并引入了一个新的RNA链，该RNA链携带自己的氨基酸，并与之前附着在第二链上的氨基酸形成强共价键。

世界最大的地壳板块在日本海岸震动两分钟后，气象机构就向大约 5000 万居民发出了最后警告：8.1 级地震引发了一场冲向海岸的海啸。但直到海浪到达数小时后，专家们才评估出了 2011 年 3 月 11 日东北地震的真实规模。最终它被评为 9 级——释放出的能量是专家预测的 22 倍以上，造成至少 1.8 万人死亡，一些受到影响的地区从未收到过警报。现在科学家找到了一种方法，可以更快、更准确地估计出地震的级别，方法是使用计算机算法识别以光速从断层射出的引力波的尾迹。 参与寻找引力波（由大质量物体运动产生的时空涟漪）的研究人员意识到，这些以光速传播的引力信号也可以被用来监测地震。在激光干涉仪引力波天文台工作的弗罗里达大学物理学家 Bernard Whiting 表示：“想法是只要质量移动到任何地方，引力场就会发生变化，并且……一切都会感受到它。”“令人惊奇的是，这些信号甚至也会出现在地震仪中。”在 2016 年 Whiting和同事报告称，常规地震仪可以检测到这些引力信号。地震导致质量发生巨大变化；这些变化会产生引力效应，使现有的引力场和地震仪下方的地面都发生变形。通过测量这两者之间的差异，科学家得出结论，他们可以创建一种新的地震预警系统。引力信号在第一波地震波到达之前出现在地震仪上，地震图上的这一部分在传统中一直被忽略。Whiting 表示，通过将来自数十个地震仪的信号相互叠加，科学家可以识别模式来解释大型地震的大小和位置。现在法国蔚蓝海岸大学（Cote d'Azur University）的博士后 Andrea Licciardi 和他同事构建出了一种机器学习算法进行模式识别。他们用数十万次模拟地震训练模型，然后用东北地震的真实数据集对其进行了测试。研究人员在《自然》期刊上报告称，该模型在大约 50 秒内准确预测了该地震的震级——比其他最先进的预警系统更快。Whiting 表示：“这不仅仅是一个想法的种子——他们证明这是可以做到的。”“我们展示的是原理论证。他们展示的是实践证明。”

在致力于描述原子和亚原子粒子行为以阐明其性质的科学领域——量子物理领域，不是每天都会有人遇到新的物质状态。然而这正是包括蒙特利尔大学（UdeM）物理学教授 Andrea Bianchi 和他的学生 Avner Fitterman 和 Jeremi Dudemaine 在内的国际研究团队所做的事情。在最近发表在科学期刊《物理评论 X》上的一篇论文中，研究人员记录了在 Bianchi 实验室中制造出的磁性材料 Ce2Zr2O7的“量子自旋液态基态”，Ce2Zr2O7 是一种由铈、锆和氧组成的化合物。在量子物理学中，自旋是一种电子的内部特性，与旋转相关。正是自旋使磁铁中的材料具有了磁性。Ce2Zr2O7 是一种具有磁性的铈基材料。Bianchi 表示，“这种化合物的存在是已知的。”“我们的突破在于以独特的纯净形式创造它。我们使用在光学炉中熔化的样品产生近乎完美的三角形原子排列，然后检查量子态。”正是这个近乎完美的三角形使 Bianchi 和他的团队能在Ce2Zr2O7中制造出磁阻挫（magnetic frustration）。他们与麦克马斯特和科罗拉多州立大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室以及德国德累斯顿的普朗克（Max Planck）复杂系统物理研究所的研究人员合作，测量了该化合物的磁扩散（magnetic diffusion）。Bianchi 表示：“我们的测量显示了重叠的粒子功能——因此没有布拉格峰（Bragg peaks）——这是不存在经典磁序的明显迹象。” “我们还观察到方向连续波动的自旋分布，这是自旋液体和磁阻挫的特征。这表明我们创造的材料在低温下表现得像真正的自旋液体。”在用计算机模拟证实了这些观察结果后，该团队得出结论，他们确实见证了一种前所未有的量子态。

在公布超大质量黑洞的第一个直接视觉证据三年之后，事件视界望远镜（EHT）项目的天文学家公布了银河系中心超大质量黑洞的首张照片。科学家之前已观测到众多的恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的和质量极大的天体作轨道运动。这暗示这个被称作人马座A*（Sagittarius A*：Sgr A*）的天体是一个黑洞，而此次发布的照片则提供了首个直接的视觉证据。因为黑洞不发光，所以我们看不见黑洞自身，但绕转的发光气体给出了其存在的信号：一个被亮环状结构围绕的暗弱中心区域（称之为阴影）。照片上显现出的（射电）光都是由该黑洞的强大引力弯曲所致，这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。银河系中心黑洞距离地球有二万七千光年之遥，因此它的大小看上去与从地球上看38万千米远月亮上的甜甜圈大小差不多。

科学的进步离不开更精确的测量。1927 年之前，限制测量精确度的似乎只有人类的聪明才智。海森堡（Werner Heisenberg）发现量子力学对一些同时测量的精度施加了基本限制。例如你越能确定一个粒子的位置，你就越不能确定它的动量。海森堡的不确定性原理终结了世界完全可知的梦想。在 1980 年代，物理学家开始在量子不确定性的乌云周围看到一线银边。他们发现量子力学可用来帮助测量而不是阻碍它——这是一门被称为量子计量学的学科的观点，这门学科正在不断发展。2019 年，引力波猎手使用了一种被称为量子挤压的量子计量技术，将 LIGO 探测器的灵敏度大幅度提高了 40%。其他的小组已在利用量子纠缠现象精确测量弱磁场。

但是利用量子力学提高精度的最具争议也是最违反直觉的策略被称为后选择（postselection）。在这种方法中，研究人员获取光子或光粒子，它们携带了研究人员感兴趣的系统的相关信息，然后将其中一些光子或光粒子过滤掉，过滤后剩下来的光子进入检测器。过去 15 年，使用后选择的实验非常精确地测量出了距离和角度，这表明丢弃一些光子在某种程度上是有好处的。多伦多大学的研究生 Noah Lupu-Gladstein 表示：“学界仍然在争论它有多大用处，以及后选择是否是一种真正的量子现象。”

现在 Lupu-Gladstein 和六位合著者已确定了后选择测量优势的来源。在《物理评论快报》接受发表的一篇论文中，他们将优势追溯到由于海森堡不确定性原理而在计算中出现的负数——具有讽刺意味的是，正是这一原理在其他一些情况下限制了测量的精度。研究人员表示，这种新的理解在量子物理学的不同领域之间建立了联系，并且可能在使用敏感光子探测器的实验中被证明有用。

根据发表在 PNAS 期刊上的一项研究，科学家通过对暗能量性质的建模，并对模型进行分析后发现，在经过大约 138 亿年不断膨胀后，未来不到 1 亿年内，宇宙可能会停止膨胀并开始缓慢收缩。论文作者提出了一种不同的理论认为，暗能量并非恒定的自然力，而是一种叫做精髓的实体，会随时间的推移而衰减。在新论文中，科学家试图根据过去对宇宙膨胀的观测，对暗能量的性质进行建模。结果发现，尽管宇宙已加速膨胀了数十亿年，但暗能量的斥力可能正在减弱，宇宙的加速膨胀可能会在未来 6500 万年内“迅速”结束，在 1 亿年内，宇宙可能会完全停止膨胀，进入缓慢收缩的状态。宇宙可能会发生两种情况：要么持续收缩，直到在一次大“紧缩”中崩溃，结束时空；要么收缩到刚好与原始状态相似的状态，然后发生另一次大爆炸，或者一次大“反弹”，从旧宇宙的灰烬中创造出一个新宇宙。

过去七十年蔬菜水果的营养量一直在下降。大量研究显示，今天种植的水果、蔬菜和谷物的蛋白质、钙、磷、铁、核黄素和维生素 C 含量比几十年前种植的要少。科学家表示，营养物质的减少将使人体拥有更少防御慢性疾病所需的成分，削弱食物作为预防药物的价值。问题的根源在于现代农业流程，新的灌溉、施肥和收割方法旨在增加产量，但破坏了植物和土壤真菌之间的互动，减少了对土壤营养物质的吸收，从而降低了水果、蔬菜和谷物的营养含量。专家表示这并非阻止人们消费水果、蔬菜和谷物，而是鼓励人们更多的关心作物是如何种植的，防止对土壤的进一步破坏，恢复土地的肥力。