科学家困惑的十大宇宙未解之谜

1.我们在宇宙中是唯一的吗?


45年前,天文学家弗克·德雷克首次启动了探寻地外文明的奥兹玛计划--用巨大的天线(射电望远镜)接受外星文明发射的信号。45年过去了,天文学家的努力仍然在继续着。然而,即使是迄今为止规模最大的“凤凰”计划,也还没有找到任何来自外星文明的无线电信号。


2.宇宙是由什么组成的?


一个脱口而出的答案是:由那些亮晶晶的星星组成的。但在最近几十年中,科学家越来越发现这个答案是不正确的。天文学家认为,组成恒星、行星、星系--当然还有我们--的物质,或者叫普通物质,只占宇宙总质量的不到5%。他们估计,另外25%,可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70%呢?天文学家认为那可能是暗能量--让宇宙加速膨胀的力量。暗物质和暗能量的本质是什么?科学家正在用加速器和望远镜寻找这些问题的答案,如果找到了,其意义肯定是宇宙级的。


3.地球内部如何运作?


40多年以前,一场地球科学的革命发生了。板块构造学说更新了关于地球自身的知识。但是关于地球内部构造的问题,仍然沿袭着革命之前的知识。科学家在这40年中所做的,就是把这个鸡蛋模型--分为地壳、地幔和地核进一步细化。借助于越来越先进的地震波成像技术,科学家正在研究地球这个庞大机器的运作过程。但是要掀起另一场科学革命,可能还需要半个世纪。


4.地球温室将变得多热?


尽管大气的二氧化碳浓度肯定会在这个世纪继续增加,尽管这种增加肯定会带来全球变暖,但是变暖的程度仍然不太确定。科学家一般认为,这个世纪二氧化碳浓度的加倍会带来1.5℃~4.5℃的升温。但是这不够精确。科学家正在发展新的数学模型,试图让数字更令人信服。


5.物理学定律可以被统一起来吗?


苹果落向地面、一道闪电划过长空、核电站反应堆里的铀原子衰变同时放出能量,超级加速器击碎质子:这几种现象代表着自然界中四种基本力的作用,也就是引力、电磁力、弱力和强力。宇宙间所有的物理现象都可以用这四种基本力进行解释。但是科学家并不满足。有没有可能把这四种力统一成为一种?上个世纪60年代,物理学家发现弱力和电磁力是可以统一起来的,它们是一种事物的不同侧面,统称电弱力。但是其余两种力是否可以和它统一起来。


6.在量子不确定性和非定域性之下,还有更深层次的原理吗?


量子理论已经诞生了100年有余,它产生了令人信服的应用成果,但是它也带来了反直觉:量子力学的不确定原理指出我们无法同时精确地获得一个物体的动量和位置。而非定域性让两个处于量子纠缠态的粒子的纠缠态同时崩溃,而不管它们相距多远。爱因斯坦就说过,尽管量子力学给他留下了非常深刻的印象,但是“一个内心的声音告诉我,它还不是真实的东西


7.我们能把化学自我装配推进多远?


在某种意义上,化学家是最喜欢发明的一群人,因为他们总是不断制造出新型的分子。尽管今天的化学家已经能制造出很复杂的化学结构,他们能让这项工作变得既简单又复杂吗?也就是说,让“原料”原子自己“装配”成复杂的结构,就像生命所表现出来的那种自我装配的特性。已经有一些化学自我装配的实例,例如制造类似细胞膜的双层膜结构。但是更高级的自我装配,例如自下而上地制造集成电路,仍然是一个梦想。


8.传统计算的极限是什么?


有些事看上去很简单但是解决起来很复杂,例如一个推销员要走遍相互连接的几个城市,那么怎样走才能实现总路程最近?城市数量的增加会让最强大的电子计算机也感到畏惧。上个世纪40年代,信息论之父香农提出了信息(以比特方式存在)储存和传递所遵循的物理规律。任何传统的计算机都不能超越这个规律。那么,在工程上,最终我们能造出多么强大的计算机?不过,非传统的计算机可能并不受到这些限制,例如近年来兴起的量子计算机。


9.意识的生物学基础是什么?


17世纪的法国哲学家有一句名言:“我思故我在”。可以看出,意识在很长时间里都是哲学讨论的话题。现代科学认为,意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的。但是这仍然太笼统了,具体来说,神经元是如何产生意识的?近年来,科学家已经找到了一些可以对这个最主观和最个人的事物进行客观研究的方法和工具,并且借助大脑损伤的病人,科学家得以一窥意识的奥秘。除了要弄清意识的具体运作方式,科学家还想知道一个更深层次问题的答案:它为什么存在,它是如何起源的。


10.什么控制着器官再生?


有一些生物拥有非凡的修复本领:被切断的蚯蚓可以重新长出一半身体,而蝾螈可以重建受损的四肢……相比而言,人类的再生本领似乎就差了一点。没有人可以重新长出手指,骨头的使用也是从一而终。稍可令人安慰的是肝脏。被部分切除的肝脏可以恢复到原来的状态。科学家发现,那些可以让器官再生的动物,在必要的时候重新启动了胚胎发育时期的遗传程序,从而长出了新的器官。那么人类是否可以利用类似的手法,在人工控制下自我更换零部件呢。





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