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21世纪十大待解科学谜团(美国科学新闻网站)  

2015-02-01 03:47:51|  分类: 科学教育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美国科学新闻网站1月28日报道称,过去几百年科学的发展很迅速。不过,时至今日,还有许多未解之谜,本世纪我们还剩86年去解开它们。

  10.生命是如何起源的?

  这个问题看起来似乎并不难,却总是解决不了。对于生命基本构成是如何在原始条件下产生,或者是如何从太空来到地球的,不断有各种新发现冒出来。

  9.暗物质到底是什么?

  80多年前天文学家就发现,太空中的引力远比可见物质能产生的引力要多。探索产生额外引力的那种未知亚原子粒子是一项艰苦的工作。一些实验中得到的线索总是在其他实验中被推翻。

  8.推动宇宙加速的暗能量本质是什么?

  假如你觉得暗物质太难研究了,那么试试解释暗能量吧。有一种物质在推动着宇宙以日益加快的速度膨胀。但暗能量的本质仍是个谜。

  7.如何衡量证据?

  这个问题太神秘了,以至于许多科学家都没有意识到它的存在。举个例子:你做了一个实验,得到具有重要统计学意义的数据结果,然后重复实验,结果一样,那你就会认为这样得到的证据比做一次实验要强。但假如第二次实验得出的数据意义稍弱一些,那么两次实验的合并P值反而更弱了,尽管实验证据原本应被认为是更强的。

  6.基因、癌症和运气

  你最近可能听到了这样的说法,即大多数癌症患者都是因为运气不佳,美国《科学》周刊发表的一份研究报告就是这样说的。该研究引发了抗议之声,有人认为这种说法会给公众“传递错误的信息”。专家们对随机突变(坏运气)、遗传(父母的原因)、生活方式(你自己的原因)和环境(别人的原因)等因素到底孰轻孰重也意见不一。把这些问题理出头绪,同时解决有关癌症的其他谜团应是21世纪科学界最重要的任务之一。

  5.空间还有多出来的维度吗?

  我不知道为什么会有人这么问,就我看来,并没有多出的维度。不管有多少维度,它们都是必要的。这个问题或许应该这样问:空间到底有多少维度?许多物理学家认为,物理学要想正确地解释宇宙,普通的三维肯定是不够的。理解这个问题的关键是“卡-丘”空间——这是个能以无数不同的方式蜷缩的高维空间,要想探查到其中有多少额外的维度存在是非常困难的。要想知道这其中无数可能性中哪种是与我们所生存的宇宙相对应,那就难上加难了。

  4.时间的本质

  这么多谜团,解决它们的时间又很紧迫,除非我们了解了时间的本质,也许就能找到些利用时间的捷径。时间持续和逝去的本质是什么——是虚幻的还是以某种难以琢磨的方式“真实”存在?时间的方向是什么——总是向前走吗?为什么?时间旅行可能吗?信息能向过去传递吗?也许最大的谜团就是,这些有关时间的问题是相互联系的还是各自独立的?

  3.量子引力

  量子物理学和广义相对论似乎都准确地描述了宇宙及其组成,但这两者看起来却互不相容。要把它们合并成统一的理论就像在美国国会达成妥协那么难。不过还是有线索的。1930年,爱因斯坦试图驳倒量子力学(主要是海森堡不确定性原理),他提出,在秤上挂一个盒子,在盒子上绑一个时钟,这样就既能测量光子的质量,又能测量逃逸出盒子的确切时间(根据海森堡原理,两者是不能同时测量的)。不过丹麦科学家尼尔斯·玻尔指出,时钟上的时间是不确定的,因为随着盒子在引力场中向上移动,爱因斯坦的相对论就会需要时间的变化,那样所带来的不确定性就与海森堡时间测定中的一样。

  2.其他地方存在智慧生命吗?

  似乎很有可能,因为外星球的数量太多了。但要找到外星生命肯定需要接收到确切的信息。搜寻外星文明研究所等机构就在寻找这类信息,但迄今还未成功。有两种可能的解释:第一,根本没有这样的信息。第二,有信息,但没人知道怎么探测或破译。

  1.量子纠缠的意义

  所有关于量子的谜团都没有令人满意的解答,不过假如量子纠缠问题得到解决,其他问题都会迎刃而解。纠缠发生在有着共同历史却又相互分离的部分组成的系统中;测量其中一个部分会揭示出测量其“远亲”时的结果。纠缠是一种自然现象,也在实验中得到了很好的证实。它表明,时间和空间不会像束缚人类活动那样束缚量子现象。有关量子纠缠的最新需要解开的问题包括黑洞。黑洞看起来可以出现纠缠,这显然跟它们通过虫洞相连接差不多。相关研究显示,空间、时间和引力都是一个巨大的量子纠缠网络的组成部分。

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