科学家利用引力波观测验证黑洞面积定律

黑洞面积定律指出，在经典物理过程中，黑洞事件视界的总面积始终不会减少，这一定律构成了黑洞热力学的基石。然而，在引力波成功探测之前，该理论预言一直未被直接且定量的天文观测验证。引力波天文学的诞生，特别是频繁探测到的双黑洞并合事件，为在强场、动态时空中检验这一定律提供了“宇宙实验室”。 在引力波成功探测十周年之际，中国科学院紫金山天文台牵头的科研团队，利用第四期引力波源目录中一例信噪比极高的双黑洞并合事件GW230814，对黑洞面积定律开展了新检验。 双黑洞并合过程一般可分为旋近、并合与铃宕三个阶段。并合阶段处于高度非线性、强场动力学的极端物理环境中，是最有可能出现新物理或偏离广义相对论的阶段；而旋近与铃宕阶段的引力波辐射，被认为可由广义相对论可靠地描述。团队选择GW230814事件作为关键研究对象，源于其优异的观测特性：极高的信噪比确保了信号波形的清晰度，而其合适的黑洞质量与自旋参数，保证了并合前后的信号在探测器频段内均具有足够的信噪比，从而为分别在旋近阶段和铃宕阶段独立且精确地推断黑洞参数提供了理想条件。 研究团队对GW230814事件的旋近阶段与铃宕阶段分别进行了参数推断，约束并合前后黑洞质量与自旋，进而计算事件视界面积变化。在分析过程中，团队考虑了多项不确定性因素，包括天空定位误差、波形模板的系统误差、铃宕阶段建模的选择，以及旋近终止与铃宕起始时间等。结果表明，并合后黑洞的事件视界面积，以极高的后验概率大于并合前两个黑洞的事件视界面积之和，统计置信度可达4.1σ。该结果有力地支持了黑洞面积定律，进一步验证了广义相对论在黑洞并合这一强场、动力学极端过程中的有效性与自洽性，并间接支持了“宇宙监督假设”等黑洞基础理论。 该研究为未来探索黑洞量子效应、黑洞热力学乃至量子引力理论奠定了坚实的观测基础。随着第三代引力波探测器的建成，通过对大量事件的族群分析，未来将有望以更高精度探寻可能偏离经典理论的量子引力或新物理效应。 相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。 论文链接 并合前后黑洞事件视界面积变化的测量值与预期值之比的概率密度分布

我国首个星际航行学院成立！点燃太空探索“人才引擎”

中国科学院大学星际航行学院1月27日正式揭牌成立。记者获悉，这所特色学院将聚焦星际推进、深空通信导航、空间科学等前沿领域，培育兼具扎实功底、战略视野与家国担当的紧缺复合型人才。 从“东方红一号”划破天际到“祝融号”漫步火星，中国人的航天梦从未止步。当前，我国航天事业正从“近地轨道”迈向“深空探测”，从月球科研站规划到系外行星探测，一系列国家重大战略任务呼唤着高素质创新人才。 中国科学院大学立足中国科学院“科教融合3.0”战略，设立星际航行人才培养专项并组建学院，旨在响应国家战略，推进教育、科技、人才一体化发展，破解人才瓶颈。 “今天，我们在此共商星际航行领军人才培育大计，既是对前辈家国情怀的赓续，更是立足新时代对人才培养事业的全方位升级。”中国科学院国家空间科学中心主任王赤院士说。 60多年前，中国科学院在钱学森、赵九章等科学家的倡议下召开了首次“星际航行座谈会”，继而成立“星际航行委员会”，为我国探索太空奠定了基础。 未来10至20年是我国星际航行领域跨越式发展的窗口期。原始创新基础研究和技术突破将重塑深空探索格局、决定国家核心竞争力，也有望让航天梦在更深远星空绽放。 中国科学院大学星际航行学院院长朱俊强院士期许，经过接续奋斗，学院未来成为三大高地：一是中国科学院航空航天基础研究高地，为国家重大任务提供原创支撑；二是高层次创新人才培育高地，造就敢闯未知、能担重任的优秀人才；三是国际学术交流开放高地，以扎实成果发出中国声音、贡献中国智慧。

我国科学家发现一维带电畴壁

1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，钟海博士后在做铁电薄膜沉积实验        新华社记者 金立旺 摄 近日，中国科学院物理研究所团队成功在萤石结构铁电材料中发现一维带电畴壁，厚度和宽度均约为人类头发直径的数十万分之一，为开发具有极限密度的器件提供科学基础。相关论文成果已于北京时间1月23日凌晨在国际学术期刊《科学》发表。 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，钟海博士后在操作探针台测试铁电性能 这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的探针台与等待测试的铁电电容器样品 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，金奎娟研究员（左）和葛琛研究员在讨论实验实施方案 1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的用于铁电测试的铁电电容器样品 这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的正在进行实验的铁电薄膜样品 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，张庆华副研究员、金奎娟研究员、钟海博士后、葛琛研究员（从左至右）合影

科学家发现“溶解压卡效应” 或为制冷行业带来绿色革命

制冷技术是现代社会的重要基础性技术，目前广泛使用的气体压缩制冷技术虽为经济社会发展做出了巨大的贡献，却也存在能耗高和碳排放量大等问题。为满足节能减排需求，研究人员近年来着力开发固态相变制冷材料，这类材料通过压力或磁场变化实现吸放热，避免了气体工质的排放问题。然而，固态材料固有的导热慢、界面热阻大等缺陷，严重制约了其在实际大功率场景中的应用。 近日，中国科学院金属研究所等在制冷技术领域取得突破——首次发现“溶解压卡效应”，有望同时攻克制冷领域的低碳排放、大制冷量和高换热效率三大核心挑战。 金属所研究团队在实验中发现，硫氰酸铵（NH₄SCN）溶液在压力变化下表现出惊人的热效应：加压时盐析出并放热，卸压后盐迅速溶解并强力吸热，室温下溶液温度可在20秒内骤降近30°C，在高温环境下降温幅度更高，远超已知固态相变材料性能。这一现象被命名为“溶解压卡效应”。 该效应将制冷工质与换热介质合二为一：利用溶液本身流动性实现高效传热，同时通过溶解/析出过程提供巨大冷量，从而一举打破长期以来困扰制冷领域的“低碳—大冷量—高换热”不可能三角关系。 基于此效应，团队设计出一套高效的四步循环系统：加压升温→向环境散热→卸压降温→输送冷量，单次循环即可实现每克溶液吸收67焦耳热量，理论效率高达77%，展现出优异的工程应用潜力。 这项研究不仅提供了一种全新的制冷原理，更为发展高效、环保、可扩展的下一代制冷技术奠定了关键科学基础。 压力调控溶液析出/溶解产生冷量，冷液被泵送至负载实现制冷

智能“活胶水”助力炎症性肠病精准治疗

对炎症性肠病（IBD）患者而言，反复腹痛、腹泻和便血，往往意味着肠黏膜在破损与修复之间长期拉锯。然而，肠道环境复杂，传统止血剂或黏膜修复药物多为“静态材料”，很难在体内稳定黏附；病灶定位往往依赖影像学或侵入性操作配合。 近日，中国科学院深圳先进技术研究院等提出一种面向IBD的“智能活胶水”（TL-glue）。团队选用人体肠道常驻微生物大肠杆菌作为工程化载体。工程菌检测到血液相关信号后，便启动预先设计的反应：一方面在出血位置原位形成黏附基质，另一方面同步释放修复因子，在局部持续发挥作用。 实验结果显示，“活胶水”可在出血位置原位形成致密保护层，显著提升抗压与防漏功能，使其在湿润、蠕动的肠道环境中仍能稳定停留。同时，团队在黏附体系中进一步引入黏膜修复肽，使“活胶水”在“封堵”的同时持续释放修复信号，促进受损黏膜恢复，针对IBD黏膜屏障受损这一关键病理环节实现协同干预。 在葡聚糖硫酸钠诱导的急性结肠炎小鼠模型中，TL-glue显著改善了动物整体病情。基于光声/超声成像结果显示，TL-glue处理后肠道内与出血相关的信号明显降低。组织与免疫层面的观察进一步表明，“活胶水”不仅在出血处形成物理保护层，还能促进肠黏膜修复、增强屏障功能并抑制局部炎症反应，从而在病灶处实现“止血、修复并抗炎”的协同作用。团队还探索了口服递送方案，通过肠溶包裹实现肠道释放，使其在炎症肠道中被特异激活、在健康宿主中更快清除，为安全性与临床可达性提供线索；同步评估免疫相容性并引入多重生物安全策略。 相关研究成果发表在《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上。 论文链接 智能活胶水用于精准靶向与治疗炎症性肠病

我国成功实现太空金属3D打印

近日，由中国科学院力学研究所自主研制的微重力金属增材制造返回式科学实验载荷，成功在太空中完成金属增材制造实验。 本次任务是我国首次基于火箭平台实施的太空金属增材制造返回式科学实验，相关载荷搭载于中科宇航力鸿一号遥一飞行器。 任务过程中，团队突破了微重力条件下金属增材制造的物料稳定输运与成形、全流程闭环调控、载荷—火箭高可靠协同等一系列关键技术。 实验结束后，载荷舱经伞降系统平稳着陆回收。科研人员成功获取了太空微重力环境中金属增材制造的过程数据（包括熔池动态特征、物料输运、凝固行为等），以及太空增材制造金属件的成形精度与力学性能等参数，为我国太空金属增材制造技术的快速迭代积累了宝贵实验资料。 实验成功在太空微重力环境下利用增材制造技术（“3D打印”）制备出金属零部件，标志着我国太空金属增材制造正式从“地面研究”阶段迈入“太空工程验证”新阶段，整体技术达到世界一流水平。这一突破将有力推动我国太空制造技术的发展，为未来太空基础设施建设提供关键支撑。 执行本次任务的力鸿一号飞行器在首飞中攀升至约120千米高度，穿越卡门线进入太空。该平台具备发射成本低、灵活性高、支持载荷回收等优势。

科学家构建超离子电导柔性固态电解质

固态电解质作为构建高安全、高能量密度电池体系的重要材料，展现出广阔的应用前景。其中，复合固态电解质已展现出独特的优势，它有望结合无机电解质的高离子电导率与聚合物电解质优异的界面相容性的优点，因而具有突出的发展潜力。 近日，中国科学院深圳先进技术研究院等提出了一种新型复合固态电解质结构设计，成功实现了离子传导与机械柔性的解耦。该电解质复合结构由垂直排列的LixMyPS3（LiMPS，M为Cd或Mn）纳米片层与聚氧化乙烯（PEO）层交替堆叠而成。 研究团队从自然界生物矿物的精巧结构中汲取灵感，设计并构筑了一种PA-LiMPS/PEO复合电解质。该设计克服了离子在LiMPS纳米片沿着平面传输和跨平面传输的各向异性，在复合电解质中构建了连续的垂直离子传输通道，并以聚合物作为可形变的支撑框架维持该通道的完整性，从而实现离子传导能力与机械柔性之间的解耦。 团队成功解决了LiMPS纳米片内锂离子传输的各向异性问题。形成的二维连续超离子传导通道，使PA-LiCdPS/PEO的室温离子电导率比无序排列的RA-LiCdPS/PEO高出三个数量级。此外，PA-LiCdPS/PEO和PA-LiMnPS/PEO电解质都表现出类似聚合物的机械柔韧性，有利于与电极保持紧密接触。 研究发现，PA-LiMPS/PEO电解质展现出显著优于传统硫化物电解质的空气稳定性，其核心优势源于LiMPS材料的本征稳定晶体结构。 该研究成功开发了一种高性能的PA-LiCdPS/PEO复合固态电解质，其突破性在于解决了传统固态电解质中离子电导率与机械柔性不可兼得的核心矛盾。此外，研究进一步拓展出具有类似结构的PA-LiMnPS/PEO电解质体系，其在保持高离子电导率的同时，更兼具元素可用性优势、良好的空气稳定性以及无压运行潜力，展现出突出的实用化前景。 相关研究成果在线发表在《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。 论文链接 PA-LiMPS/PEO复合电解质的结构设计 以PA-LiCdPS/PEO为电解质的全固态锂电池的电化学性能

科学家首次在纳米尺度上“直播”黄金形成过程

黄铁矿诱导金沉淀是形成高品位金矿的关键环节，但其界面动态机制尚不明确。以往研究多依赖反应后的离线分析，难以捕捉金沉淀的瞬时过程。 近日，中国科学院广州地球化学研究所与合作团队，利用原位液相透射电子显微镜技术，首次从纳米尺度原位报道了自然界中金纳米颗粒在黄铁矿表面形成的动态过程，并提出了一种黄铁矿诱导金沉淀的新机制。 研究团队在排除溶解氧和电子束干扰的前提下，通过原位液相透射电子显微镜等多尺度、多手段联用技术，实时观测了黄铁矿与10ppb（十亿分之十）的极低浓度含金溶液的反应过程。 结果显示，在两者接触约13分钟后，黄铁矿周围形成了一层特殊的“致密液体层”。约20分钟后，该层内开始出现金纳米颗粒，并随时间推移逐渐增多、长大。这一发现为揭示金在黄铁矿表面的形成过程提供了关键依据。 研究显示，金纳米颗粒并非在溶液中“凭空”产生，而是在紧贴黄铁矿表面的“致密液体层”中诞生。这层液体就像一个高效的“纳米工厂”，即使在金浓度极低（仅十亿分之几）的流体中，也能有效催化金的成核、生长与富集。 黄铁矿溶解会显著降低层内的“氧逸度”（一种衡量氧化性强弱的指标），从而改变局部化学环境，促使金迅速达到过饱和并沉淀为固体颗粒。这为理解金矿成因提供了全新视角。 本次研究发现的新机制，同时适用于热液型金矿床（如造山型、卡林型及浅成低温热液型）和表生金富集过程。 在热液型金矿床中，热液流体与大气降水混合可形成氧化的含金流体，它们与成矿前黄铁矿相互作用后可导致金沉淀。在表生过程中，天然水可淋滤并富集形成低浓度（ppb级）含金流体，同样在与黄铁矿反应时触发金沉淀。 研究结果挑战了“金主要源自深部热液流体”的传统观点，为理解热液型金矿床和表生环境中金的超常富集提供了微观动力学观察，也为阐释自然界中纳米颗粒驱动的矿化过程开辟了新路径。从应用角度看，该机制对绿色浸金工艺中的界面调控也具有重要指导意义。 相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 不同反应时间下黄铁矿在金溶液中的反应动态过程 热液成矿与表生过程中致密液体层内金富集的示意图

FAST揭示快速射电暴双星起源关键证据

快速射电暴（FRB）是来自遥远宇宙的射电爆发现象。其持续时间仅为数毫秒，却能释放相当于太阳一周辐射的能量。自2007年首次发现以来，其起源机制是天体物理领域的重大谜题。虽然理论推测部分重复FRB可能与处于双星系统中的致密天体（如中子星）有关，但此前一直缺乏直接观测证据。 近日，由中国科学院紫金山天文台牵头，联合国内外多家研究机构组成的研究团队，利用我国500米口径球面射电望远镜（FAST）在国际上首次捕捉到重复FRB的法拉第旋转量（RM）发生剧烈跳变并随后回落的现象。这一独特发现为快速射电暴的双星起源提供了关键证据。 研究团队利用FAST的超高灵敏度，对FRB 20220529开展了长达2.2年的监测。在前一年半的常规监测中，反映传播路径上自由电子密度与磁场强度的关键参数RM始终在-300至+300弧度/平方米的范围内小幅波动。然而，在2023年12月，团队观测到该暴源的RM在短时间内急剧跃升至约2000弧度/平方米，变化幅度高达此前标准差的20倍，随后在两周内单调下降并恢复至常态。这种剧烈、快速且持续数周的磁环境演化现象，在国际上尚属首次被观测到。 这一现象说明，一团来自快速射电暴起源天体附近的致密磁化等离子体云，在数周内恰好穿过了地球与暴源之间的观测视线。进一步的模型比对与物理分析表明，若FRB 20220529起源于一颗孤立的中子星，现有理论无法解释如此大幅且快速的磁环境突变。而如果其处于双星系统中，来自伴星的剧烈活动（如强星冕物质抛射）或双星轨道的特殊几何结构，能自然且合理地提供这一致密磁化等离子体云，产生观测到的RM“跳变—回落”事件。 这一发现为快速射电暴的“双星起源”模型提供了强有力的观测支撑。 2026年1月16日，相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 FRB 20220529的法拉第旋转量（RM）时间演化图 艺术想象图——双星系统中，伴星发生星冕物质抛射，形成磁化等离子体云。

研究证实87年前量子力学预言

近日，中国科学院大学团队等利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片，首次在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程中的米格达尔效应，为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键实验证据。 暗物质是宇宙物质总量中占比约85%的神秘物质。除了引力外，至今没有其他办法“探测”到它。因此，科学家将目光投向更轻的暗物质粒子。但是，这些粒子与普通物质的相互作用极其微弱，产生的信号低于现有探测器的灵敏度下限，传统探测方法几乎无能为力。 苏联物理学家阿尔卡季・米格达尔于1939年首次提出米格达尔效应，为突破这一困局带来了希望。该效应描述了一种量子现象：粒子与原子核碰撞时，可能将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚。这一过程可将原本不可探测的低能量信号转化为可捕捉的电子信号，为捕捉轻暗物质提供了可能。 米格达尔效应被认为是突破轻暗物质探测能量阈值的关键理论路径。但80多年来，中性粒子碰撞中的米格达尔效应始终未被实验直接证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，面临理论假设缺乏实验支撑的质疑。 研究团队自主研发了微结构气体探测器+像素读出芯片组合的超灵敏探测装置，相当于一台可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。 通过分析这一特征，团队成功将米格达尔事例从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来，统计显著性超过5倍标准差，达到物理学“发现”标准；同时精准测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值。 团队计划进一步优化探测器的性能，拓展对不同元素的米格达尔效应的观测，为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。同时，团队还将与暗物质探测实验团队合作，将此次实验结果融入下一代探测器的研发中。 暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，这一工作让人类在这场“宇宙寻宝游戏”中又靠近了目标一步。 探测器结构与工作原理 实验装置与布局 实验发现的米格达尔效应事例展示