摘要：认真阅读下面的文章，并思考文末互动提出的问题，严格按照互动：你的答案格式在评论区留言，就有机会获得由机械工业出版社提供的优质科普书籍《第二大脑：肠脑互动如何影响我们的情绪、决策和整体健康》。
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基础研究往往能带来巨大回报 —— 但我们做基础研究的初衷并非于此。图源：Getty Images
公众对政府斥巨资资助“无用”的科学项目的做法向来争议不断，这种事早已屡见不鲜。你或许会觉得，哪怕只是花小钱研究矮牵牛花的颜色，也是资金浪费。没错，这是从商业视角出发的看法。但即便你只在乎投入产出比，只要考虑到那些无法预见的后续效应，这些项目往往最终都能带来回报。（可以去了解下矮牵牛花的故事！）接下来，我要讲述另一个看似 “愚蠢” 的小实验，它最终实现了极高的投资回报率。赫兹的实验1862年，詹姆斯・克拉克・麦克斯韦（James Clerk Maxwell）发表了著名的麦克斯韦方程组。那时，人类才刚刚开始探索电池和电流。这四个方程组中的前两个，描述了静止电荷周围的电场和磁场。第三个方程源于一个有趣的现象：将磁铁在导线线圈附近移动，就能产生电流。下面的动图便展示了这一现象：
瑞德·阿兰提供这种电流由导线内的电场引起，也就是说，变化的磁场会产生电场。那如何产生磁场呢？有两种方式：第一，导线中流动的电流会产生磁场。将导线连接电池后放在磁罗盘上，就能观察到这一现象：
瑞德·阿兰提供这正是电磁铁的基本原理。但麦克斯韦提出了第二种机制 —— 变化的电场也能产生磁场。换句话说，二者的作用是双向的：变化的磁场产生电场，变化的电场也能产生磁场。这一发现之所以意义重大，是因为它表明：变化的电场和磁场会产生能在空间中传播的振荡——即电磁波。尽管这一理论早已提出，但多年来一直未得到验证。直到1888年，海因里希・赫兹（Heinrich Hertz）进行了一项小实验。他利用振荡电流产生火花，使其跳过导线间隙。根据理论，这种火花会产生变化的电场和磁场，并在空间中传播。于是，他搭建了另一个带间隙的导线环——不过这个导线环并未连接任何电源。仔细观察会发现，这个间隙中竟产生了第二个火花！这一现象令人称奇，它证明了电磁波真实存在，且能在房间内传播。（早期的无线电发射机，如马可尼的发射机，就采用了同样的火花-间隙方法。）自制 “波浪机”你也可以亲自尝试这个实验。毕竟150年过去了，你能用到赫兹当年没有的材料，比如乐高积木。所需材料很简单：一些导线、一个旧的烧烤打火机和一个灯泡（笔者用的是小型霓虹灯，LED 灯也可以）。打火机内部有一块压电晶体，受压力时能产生高电压。当你扣动扳机时，高压产生的火花会点燃喷出的燃料。我拆除了旧的燃料罐，将压电晶体与两根导线相连。在另一侧，还有一对导线，中间连接着灯泡。关键在于，和赫兹的导线环一样，这对导线并未连接任何电源。装置如下：
瑞德·阿兰提供打火机产生的微小火花会从前面一对导线中的一根跳到另一根，从而产生电磁波，这两根导线充当发射天线，对电磁波进行放大。后面的两根导线则是接收天线，会像赫兹的导线环一样产生电流。笔者的装置没有在接收器上产生火花，而是让灯泡亮了起来。霓虹灯非常适合，因为它需要高压但低电流，这正是我们所需要的。好了，关灯！点燃火花时，你就会看到这样的场景：
瑞德·阿兰提供这看似微不足道，实则意义非凡——你实际上正在发送和接收电磁波。科学，价值何在？当赫兹展示他对麦克斯韦方程组的实验验证时，科学界为之振奋，公众也充满好奇。一贯务实的记者们问他，这项研究有何用途？他回答道：“毫无用处…… 这只是个证明麦克斯韦大师是正确的实验——我们只是发现了这些肉眼看不见的神秘电磁波。并且它们确实存在。”如果科学实验毫无用处，为何要浪费资金？事实是，我们从事科学研究的初衷并非“有用”。人性本就充满探索精神，我们不断提问、寻求答案，这正是人类的本质特征之一。有时答案可能错误（比如，太阳并非乘坐白马拉动的战车穿越天空），但我们始终在追寻更好的答案。有时，科学会意外地展现出实用性。事实上，你此刻很可能就在受益于赫兹的实验成果。他不仅证明了麦克斯韦方程组的正确性，而且实际上发明了第一台无线电发射机（无线电波只是电磁频谱的一部分）。这一成果后来被用于无线电报，使人们能够通过摩斯电码与海上船只通信。此后，人们又学会通过无线电波传输音乐、肥皂剧和广告，“广播” 由此诞生。还有电视，能通过空间传播动态画面。但科学的影响远不止于此！设备发出的电磁波会被物体反射，通过测量信号返回的时间，就能确定物体的距离——这就是雷达和激光雷达的原理，后者应用于自动驾驶汽车。当然，手机信号、Wi-Fi 和蓝牙也都依赖电磁波。电磁波无处不在，我们仿佛置身于电磁波的海洋中。那么，政府在科学上的投入能否促进利润增长和经济发展？有时会，有时不会。许多酷炫的科学发现尚无实际应用，比如通过黑洞碰撞探测到的引力波，它会催生新型互联网吗？可能性不大。但毋庸置疑，了解这些知识让我们的精神世界更加丰富。科学的魅力，或许就在于这种对未知的纯粹探索。那些看似 “无用” 的基础研究，就像播下的种子，你永远不知道哪一天会生根发芽，开出改变世界的花朵。作者：Rhett Allain
审校：7号机
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今天我们将送出由机械工业出版社提供的《第二大脑：肠脑互动如何影响我们的情绪、决策和整体健康》。
肠道经常被称为“第二大脑”，与大脑之间有密切交流， 影响我们的情绪、疼痛感、社交，甚至决策。当肠脑交流失常时，身心都会出现严重健康问题，包括食物过敏、消化疾病、肥胖、抑郁、焦虑、疲劳等等。本书作者埃默伦·迈耶是加州大学洛杉矶分校消化疾病研究中心的共同主任，他在过去40年的研究中开创性地揭示了肠道微生物群与大脑之间的双向通信机制，是脑-肠轴研究领域的国际权威。他撰写的这本解读肠脑互动关系的科普作品，可以帮助读者通过饮食和生活方式的简单改变，保持肠脑平衡，开启充满健康活力的生活。【互动问题：你还能想到哪些看似“无用”的科学发现，最终彻底改变了我们的生活？】
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编辑：7号机
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来源：中科院物理所
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