目? 錄

1. 引力如何拯救薛定諤的貓？

2. 持久反社會(huì)，大腦有問(wèn)題

3. 電子：我也可以像軟物質(zhì)

4.?新技術(shù)讓我們聽(tīng)見(jiàn)癌細(xì)胞之間的悄悄話(huà)

5. 出乎意料的K介子衰變事件會(huì)導(dǎo)向超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理嗎？

6. 越吃越瘦，從豐盛的早餐開(kāi)始

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編輯?|?韓若冰、琵思佛（返樸編輯部）

編譯?|?董唯元、顧舒晨、劉航、洪俊賢、姜麗佳（返樸編輯部）

吐槽? 戰(zhàn)斗倉(cāng)鼠laq（返樸編輯部）

引力如何拯救薛定諤的貓？

讓我們來(lái)康康第一個(gè)奇怪的科學(xué)知識(shí)啊，叫“引力如何拯救薛定諤的貓？”

我們知道，量子疊加態(tài)的詭異，被薛定諤提出的那只既死又活的貓表達(dá)得淋漓盡致。

嗯，薛定諤的貓。

不，是薛定諤的貓，不是這只。

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雖然可能這只更薛定諤一些。

好的，雖然不在箱子里，而且我姥爺只是一個(gè)學(xué)化工的，但是這些貓貓差不多了。

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一方面，在量子尺度上代表不同可能性的多種量子態(tài)同時(shí)存在；另一方面，每種微觀量子態(tài)所對(duì)應(yīng)的宏觀狀態(tài)卻無(wú)法同時(shí)存在。這一被稱(chēng)為QSMDS（quantum superpositions of macroscopically distinct states，宏觀可區(qū)分態(tài)在量子尺度的疊加）的古怪事實(shí)，逼迫著研究者們不斷提出各種理論解釋。

除了多世界理論、哥本哈根詮釋、隱變量理論等各類(lèi)解讀，還有一類(lèi)名為客觀塌縮的理論。

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哇，是客觀塌縮理論唉！

什么意思？

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這類(lèi)理論認(rèn)為，所謂的波函數(shù)“塌縮”過(guò)程，其實(shí)是從量子尺度到宏觀尺度的“演化”過(guò)程。就像干細(xì)胞演化成不同的組織細(xì)胞一樣，量子尺度的疊加態(tài)也會(huì)自發(fā)地演化為不同的本征態(tài)，從而與那些宏觀經(jīng)典態(tài)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。

最早提出量子態(tài)可以自發(fā)塌縮的是Giancarlo Ghirardi、Alberto Rimini和Tullio Weber，他們?cè)?985年提出的這一理論，就以三位研究者的首字母命名為GRW理論[1, 2]。后來(lái)這一理論在解決了對(duì)稱(chēng)性方面的問(wèn)題之后，在1990年左右發(fā)展為CSL（continuous spontaneous localization，連續(xù)自發(fā)投影）理論[3]。

與GRW/CSL理論并列的另一個(gè)客觀塌縮詮釋?zhuān)瑏?lái)自于著名學(xué)者彭羅斯（Roger Penrose）。他受到量子引力方面研究工作的啟發(fā)，在1996年左右提出：引力會(huì)導(dǎo)致波函數(shù)塌縮[4]。他還勇敢地將這一非常前沿的認(rèn)識(shí)寫(xiě)入了面向大眾的科普讀物《皇帝新腦》，以致于很多非相關(guān)專(zhuān)業(yè)的讀者如墜煙霧，一片茫然。

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喂，話(huà)說(shuō)你這真的是科普嗎？

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想一下，如果你給孩子買(mǎi)了一本叫《xxx快樂(lè)科普書(shū)》，你本來(lái)期待里面都是可愛(ài)的小動(dòng)物和插圖。

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就像這樣，啦啦啦啦啦啦啦啦：

結(jié)果一打開(kāi)，哇！?。?！是公式套公式套公式欸！

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然后孩子奶聲奶氣的問(wèn)你：“爸爸，與GRW/CSL理論并列的另一個(gè)客觀塌縮詮釋是什么意思??？”

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你好意思說(shuō)出自己本科微積分補(bǔ)考了三次的事實(shí)嗎？

讓我們繼續(xù)科普吧?？陀^塌縮詮釋的最新理論進(jìn)展，來(lái)自于法國(guó)學(xué)者Franck Lalo?。他在今年2月發(fā)表的論文[5]中，綜合吸收了GRW/CSL理論和彭羅斯理論的研究思路，提出了非常清晰易懂的由引力作用造成波函數(shù)塌縮的理論模型。具體而言，就是在引力常數(shù)中添加一個(gè)很小的虛數(shù)部分，就可以直觀地推導(dǎo)出波函數(shù)演化過(guò)程。

作為解決QSMDS問(wèn)題的實(shí)例，F(xiàn)ranck Lalo?在論文中甚至直接計(jì)算出薛定諤之貓的塌縮時(shí)間大約為10-6秒。過(guò)程如此之短，難怪我們從未在宏觀世界中遇到過(guò)一只處于既死又活疊加狀態(tài)的貓。

當(dāng)然客觀塌縮理論的研究目的，并不只是為了解救這只可憐的小貓。其更為深遠(yuǎn)的意義，在于幫助我們改善對(duì)量子世界種種奇特屬性的理解和認(rèn)識(shí)。如果不依靠玄不可及的平行世界，也可以符合邏輯的理解所有自然規(guī)律，也許會(huì)令科幻迷們略感失望，但對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)則肯定是一種福音。

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配圖：得救了的貓貓向你走過(guò)來(lái)！

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奇怪的參考文獻(xiàn)：
[1] Ghirardi, G.C., Rimini, A., and Weber, T. (1985). "A Model for a Unified Quantum Description of Macroscopic and Microscopic Systems". Quantum Probability and Applications, L. Accardi et al. (eds), Springer, Berlin.

[2] Ghirardi, G.C., Rimini, A., and Weber, T. (1986). "Unified dynamics for microscopic and macroscopic systems". Physical Review D. 34: 470. Bibcode:1986PhRvD..34..470G. doi:10.1103/PhysRevD.34.470.

[3] Ghirardi, Gian Carlo; Pearle, Philip; Rimini, Alberto (1990-07-01). "Markov processes in Hilbert space and continuous spontaneous localization of systems of identical particles". Physical Review A. 42 (1): 78–89. Bibcode:1990PhRvA..42...78G. doi:10.1103/PhysRevA.42.78. Retrieved 2013-10-07.

[4] Penrose, Roger (1996). "On Gravity's Role in Quantum State Reduction". General Relativity and Gravitation. 28 (5): 581–600. Bibcode:1996GReGr..28..581P. doi:10.1007/BF02105068.

[5] Lalo?, F. A model of quantum collapse induced by gravity. Eur. Phys. J. D 74, 25 (2020). https://doi.org/10.1140/epjd/e2019-100434-1

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持久反社會(huì)，大腦有問(wèn)題

好的，我們害怕的逃離貓貓，迎來(lái)今天的第二條奇怪的科技新聞——

《柳葉刀-精神病學(xué)》雜志上的新研究[1, 2]表明，在一生中持久表現(xiàn)偷竊、暴力、欺凌或說(shuō)謊等反社會(huì)行為的人，腦部結(jié)構(gòu)特征存在異常。

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所謂持久反社會(huì)，大腦有問(wèn)題。

哇，真是完全沒(méi)有想到呢！我還以為持久反社會(huì)的都是心理健康大腦棒棒的男孩子和女孩子呢！

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好吧，看到長(zhǎng)期偷竊，我突然想起了一個(gè)老朋友，他說(shuō)：

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剛出看守所，又入青龍山。

該研究利用了672名45歲參與者的MRI腦部掃描圖像。根據(jù)來(lái)自家人、照看者、教師及本人報(bào)告的品行問(wèn)題，參與者被分為表現(xiàn)出長(zhǎng)久反社會(huì)行為、青少年時(shí)期反社會(huì)行為和無(wú)反社會(huì)行為的三類(lèi)。

研究者比較了三類(lèi)參與者的平均大腦皮質(zhì)厚度和皮質(zhì)表面積（體現(xiàn)灰質(zhì)大小），同時(shí)分析了360個(gè)不同皮質(zhì)區(qū)域的厚度和表面積。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)久反社會(huì)個(gè)體的平均皮質(zhì)厚度和表面積比無(wú)反社會(huì)行為的個(gè)體的更小，而且在前者的360個(gè)腦區(qū)中，282個(gè)的表面積和11個(gè)的皮質(zhì)厚度都減小了。在以往的研究中，這些異常區(qū)域中的大多數(shù)都被認(rèn)為與反社會(huì)行為相關(guān)。

然而，僅在青春期表現(xiàn)出反社會(huì)行為的個(gè)體中，沒(méi)有觀察到廣泛的腦結(jié)構(gòu)異常。

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嗯，青春還是無(wú)罪啊！

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喂，那你為什么把那些有問(wèn)題的老哥們不斷放出來(lái)，把青春期的少年都送去書(shū)院和醫(yī)院呀！反了吧！

而首席作者、英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的Christina Carlisi博士說(shuō)，持久反社會(huì)行為者的大腦結(jié)構(gòu)可能存在差異，這使得他們難以發(fā)展社交技能，從而無(wú)法停止反社會(huì)行為。

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不要停下來(lái)啊啊啊啊??？

論文合作者、美國(guó)杜克大學(xué)的 Terrie Moffitt同時(shí)強(qiáng)調(diào)，該研究絕不推薦將腦部掃描圖像用于區(qū)分青少年犯罪的性質(zhì)以制定相應(yīng)的懲罰手段，因?yàn)槟壳拔覀儗?duì)腦部結(jié)構(gòu)的理解還不足以支撐具體到個(gè)人層面的應(yīng)用。

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奇怪的參考文獻(xiàn)：
[1] Carlisi C O, Moffitt T E, Knodt A R, et al. Associations between life-course-persistent antisocial behaviour and brain structure in a population-representative longitudinal birth cohort[J]. The Lancet Psychiatry, 2020.

[2]?https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/tl-pss021420.php

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電子：我也可以像軟物質(zhì)

電♂子是種很有♂趣的粒♂子，它們能根據(jù)所處的環(huán)境改變自身的行為。

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通常，材料中的電子之間相互作用比較弱，它們可以自由移動(dòng)，從而使材料導(dǎo)電，表現(xiàn)為導(dǎo)體。但是，同樣是這些電子，它們?cè)谀承┣闆r下相互作用會(huì)變強(qiáng)，使電子的行動(dòng)受到限制，材料就變成了絕緣體。材料性質(zhì)在金屬和絕緣體之間的這種轉(zhuǎn)變被稱(chēng)作莫特轉(zhuǎn)變（Mott transition）。莫特轉(zhuǎn)變過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)高溫超導(dǎo)、巨磁阻等現(xiàn)象，在工業(yè)上有極大的應(yīng)用前景。

最近一組來(lái)自日本的科學(xué)家對(duì)電子做了進(jìn)一步研究。他們基于準(zhǔn)二維有機(jī)莫特絕緣體κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl，分別通過(guò)X光照射和施加壓力，改變材料的無(wú)序性和電子相互作用強(qiáng)度。當(dāng)用X光對(duì)材料照射500小時(shí)后發(fā)現(xiàn)，電子的運(yùn)動(dòng)減慢了約百萬(wàn)至萬(wàn)萬(wàn)分之一，表現(xiàn)出長(zhǎng)程的自組織和慢動(dòng)力學(xué)，這種狀態(tài)可由軟物質(zhì)領(lǐng)域的 “格里菲斯相（electronic Griffiths phase）”概念描述。此時(shí)的關(guān)聯(lián)電子表現(xiàn)得像是軟物質(zhì)（如聚合物、凝膠、奶油等）中的組成粒子。當(dāng)再對(duì)這種狀態(tài)下的材料施加壓力，電子的行為馬上回復(fù)到正常狀態(tài)。
材料在溫度-壓強(qiáng)-隨機(jī)性的空間發(fā)生莫特轉(zhuǎn)變[1]
基于這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們得出結(jié)論，為了使固體中的電子表現(xiàn)得像軟物質(zhì)中的粒子，需要兩個(gè)必要因素：其一，材料必須處于金屬-莫特絕緣體的轉(zhuǎn)變邊界；其二，材料在溫度和能量極低時(shí)必須仍具有無(wú)序性（quenched disorder）。這項(xiàng)研究[2]發(fā)表于最近的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。

長(zhǎng)期以來(lái)，固體物理和軟物質(zhì)物理領(lǐng)域獨(dú)立發(fā)展，幾乎沒(méi)有物理概念上的交流。通過(guò)最近這項(xiàng)研究人們認(rèn)識(shí)到，固體物質(zhì)中處于莫特轉(zhuǎn)變附近的關(guān)聯(lián)電子，在特定條件下可以表現(xiàn)出類(lèi)似“結(jié)構(gòu)化流體”的行為。這項(xiàng)研究為物理學(xué)這兩個(gè)獨(dú)立領(lǐng)域之間搭建了一座橋梁，也為開(kāi)發(fā)物理學(xué)新領(lǐng)域打開(kāi)了一扇機(jī)會(huì)之門(mén)。

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打開(kāi)吧，新世界的大門(mén)?。?！

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奇怪的參考文獻(xiàn)：
[1]?https://en.wikipedia.org/wiki/Mott_transition

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[2] Riku Yamamoto, Tetsuya Furukawa, Kazuya Miyagawa, Takahiko Sasaki, Kazushi Kanoda, and Tetsuaki Itou, Phys. Rev. Lett. 124, 046404

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新技術(shù)讓我們聽(tīng)見(jiàn)癌細(xì)胞之間的悄悄話(huà)

好的，開(kāi)始我們本周的第四條奇怪的知識(shí)。

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說(shuō)是在《自然方法》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新技術(shù)，可以讓科學(xué)家實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的“監(jiān)聽(tīng)”[1, 2]。這是科學(xué)家首次能夠同時(shí)分析腫瘤類(lèi)器官中單個(gè)細(xì)胞的不同信號(hào)分子，破譯腫瘤細(xì)胞是如何相互相溝通的。

這項(xiàng)技術(shù)有助于我們更好地理解癌細(xì)胞或其他細(xì)胞之間的復(fù)雜交流，揭示癌癥復(fù)發(fā)或擴(kuò)散的秘密，幫助科學(xué)家理解腫瘤免疫逃逸以及產(chǎn)生抗藥性的原因。該技術(shù)雖然目前還處于開(kāi)發(fā)的早期階段，但有望在未來(lái)幫助我們實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的個(gè)性化治療，幫助更多的人戰(zhàn)勝癌癥。

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馬薩卡？？

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這就可以聽(tīng)見(jiàn)細(xì)胞們談話(huà)了嗎？我要血小板?。。?！

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奇怪的參考文獻(xiàn)：
[1] https://www.nature.com/articles/s41592-020-0737-8

[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/cru-nta021420.php

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出乎意料的K介子衰變事件會(huì)導(dǎo)向超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理嗎？

出乎意料的K介子衰變事件會(huì)導(dǎo)向超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理嗎？

嗯，這個(gè)標(biāo)題是編輯部誰(shuí)起的，不寫(xiě)輕小說(shuō)都可惜了。

標(biāo)準(zhǔn)模型是描述強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本相互作用，及組成所有物質(zhì)基本粒子的理論。然而，作為理論物理學(xué)的最大成就之一，標(biāo)準(zhǔn)模型并不是對(duì)自然的完整描述。要尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，一種最佳方法是尋找標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)言的稀有事例的信號(hào)，觀察到少量此類(lèi)事件即可構(gòu)成新物理的有力證據(jù)[1, 2]。

去年9月，日本的KOTO實(shí)驗(yàn)[3]報(bào)告了四起具有較長(zhǎng)壽命的中性K介子（KL0）的稀有衰變事件——。觀測(cè)到的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的分支比（指粒子衰變時(shí)某一種衰變方式所占的比率），因?yàn)楦鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言，這類(lèi)事件應(yīng)該是非常罕見(jiàn)的，很難被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到。而另一方面，CERN的NA62實(shí)驗(yàn)卻并未觀測(cè)到相應(yīng)的帶電K介子的稀有衰變。這一結(jié)果違背了兩個(gè)衰變過(guò)程之間的公認(rèn)關(guān)系，一般認(rèn)為中性K介子衰變到π介子和中微子對(duì)的分支比小于帶電K介子相對(duì)應(yīng)的衰變分支比。

對(duì)于這些出乎意料的衰變事件，來(lái)自佛羅里達(dá)州立大學(xué)的科學(xué)家Kohsaku Tobioka 等人嘗試用三種不同的新物理的模型去分析和解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果：第一種可能的解釋是，一些額外的有效相互作用讓?KL0的衰變發(fā)生的更頻繁。其他兩種解釋則牽涉到新的粒子。他們認(rèn)為，粒子有時(shí)會(huì)衰變?yōu)棣薪樽雍鸵粋€(gè)不可見(jiàn)的X粒子，而這個(gè)過(guò)程被誤判為?KL0?到π介子和兩個(gè)中微子的衰變事件，由于KOTO比其他探測(cè)器小，如果新粒子在衰變之前行經(jīng)了很長(zhǎng)距離，它可能無(wú)法完全捕獲中性K介子的所有衰變產(chǎn)物。還有一種可能的解釋是，KOTO實(shí)驗(yàn)探測(cè)到的是一種未知粒子的衰變而不是K介子的衰變。

如果進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種稀有的K介子衰變，可能會(huì)迫使物理學(xué)家修改標(biāo)準(zhǔn)模型[4]。

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奇怪的參考文獻(xiàn)：
[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/aps-ats_2021820.php

[2] https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.124.071801

[3] S. Shinohara, Search for the rare decay KL → π0νν ? at J-PARC KOTO experiment, KAON2019, Perugia, Italy, 2019.

[4] https://www.particlebites.com/?p=6630

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越吃越瘦，從豐盛的早餐開(kāi)始

“光吃不胖”是許多人的夢(mèng)想。近日，德國(guó)呂貝克大學(xué)的研究人員發(fā)表在《內(nèi)分泌學(xué)會(huì)臨床內(nèi)分泌與代謝雜志》上的一項(xiàng)研究表明，早餐產(chǎn)生的熱量消耗是晚餐的兩倍，豐盛的早餐或許可以預(yù)防和緩解肥胖問(wèn)題[1, 2]。

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好，我悟了?。?！要減肥，就要先多吃！

研究人員利用食物生熱效應(yīng)（diet-induced thermogenesis，DIT）開(kāi)展研究，這一效應(yīng)指食物發(fā)生消化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)等生理過(guò)程時(shí)，我們的機(jī)體會(huì)額外消耗更多的熱量。食物生熱效應(yīng)可以用來(lái)衡量機(jī)體的代謝水平，其強(qiáng)度也可能因進(jìn)餐時(shí)間的差異而有所不同。

研究中16名男性受試者被要求保持進(jìn)食低熱量的早餐和高熱量的晚餐，一輪實(shí)驗(yàn)為期三天；之后轉(zhuǎn)為進(jìn)食高熱量早餐和低熱量晚餐，進(jìn)行第二輪實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在食物熱量相等的情況下，早餐的食物生熱效應(yīng)總是晚餐的2.5倍。此外與晚餐相比，早餐后食物引起的血糖升高和胰島素濃度增加都會(huì)減少；而進(jìn)食低熱量的早餐時(shí)，人們的食欲、尤其是對(duì)于甜食的欲望則有所增加。

“無(wú)論總熱量多少，早餐進(jìn)食后都會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于同樣晚餐兩倍的熱量消耗，”本項(xiàng)研究的通訊作者Juliane Richter博士介紹道，“這一發(fā)現(xiàn)揭示了吃早餐的重要性，對(duì)我們每個(gè)人來(lái)說(shuō)都很有意義?！盧ichter也因此推薦肥胖病人和健康人都吃更豐盛的早餐和更少量的晚餐，這有助于減輕體重并預(yù)防糖尿病等營(yíng)養(yǎng)代謝性疾病。

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朋友們，不妨試試從一頓豐盛的早餐開(kāi)始？

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那么問(wèn)題來(lái)了？

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什么樣的早餐才是最豐盛的？

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當(dāng)看到高熱量時(shí)我想起了一種豐盛的食物——面包！

而且是得了糖尿病的面包。

奇怪的參考文獻(xiàn)：

[1] Juliane Richter, Nina Herzog, Simon Janka, Thalke Baumann, Alina Kistenmacher, Kerstin M Oltmanns, Twice as High Diet-Induced Thermogenesis After Breakfast vs Dinner On High-Calorie as Well as Low-Calorie Meals, The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, Volume 105, Issue 3, March 2020, dgz311, https://doi.org/10.1210/clinem/dgz311

[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/tes-pwe021820.php

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好的，以上是本周的奇怪知識(shí)速覽。

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期待咱們下周再見(jiàn)！??！

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愛(ài)你哦！?。。。?！比蛋。

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