世纪十大科学谜题：时间是幻觉吗? 转贴

2009-04-26 22:40:51 作者：pxadmin 来源：浏览次数：0 网友评论 0 条

生命从何时开始？受精卵如何变成人？为什么我们需要睡眠？冰河时代是如何出现的?为什么我们会死亡？科学已经有了飞跃式发展，但直到今天，我们仍有许多重要的难题没有找到答案。2月号《连线》杂志为我们挑选了10个目前仍然找不到答案的科学问题，以及科学家在这些领域的探索和发现。科学家相信，在21世纪这些问题也许有望破解。

1.时间是一种幻觉么？

柏拉图认为时间是持续不断的，伽利略对这种观念表示怀疑，并计算出如何用图表进行表示，所以他能够在物理学领域做出重要的贡献。艾伯特·爱因斯坦说时间只是另一种尺度，是除了上下、左右、前后之外的第四维。爱因斯坦说，我们对于时间的理解是基于它与环境的关系。古怪之处在于，你行进的越快，时间就过的越慢。他的理论能够做出最根本的解释：过去、现在和将来仅仅是想象构成的，任何事都是由大脑创立的，并不会立即发生。

爱因斯坦统一的时空概念理论上行得通，但实际却很难办到。时间作为第四维，不像其他维那样———其中一个原因，我们只能沿着时间轴朝一个方向走。

2.受精卵如何变成人？

想象一下，你将1英寸宽的黑色方块放在一块空地上，突然这个方块开始自我复制，1变2，2变4，4变8，8变16……这些增殖扩散的方块开始形成一些建筑———围栏、拱门、墙壁、管道等。一些方块变成了电线、聚氯乙烯管道、钢筋建材、木头柱子，一些变成了墙板、镶板面、地毯和玻璃窗。电线开始自动连接成一张复杂无边的网络。最后，一幢100层高的摩天大楼拔地而起。

这就是受精卵变成人的一个形象比喻，但是，小方块怎么知道如何建造大楼呢？细胞怎么知道如何造人(或哺乳动物)呢？生物学家过去认为细胞的蛋白质以某种方式携带着造人的说明书，但现在看来，蛋白质更像建造人体大厦的砖砖瓦瓦，或是没有任何建造计划的泥瓦匠，不像携带着建造图纸的设计师。如何形成组织器官的方法一定被写在细胞的DNA上，但是还没有人知道如何将这些信息读取出来。

3.为什么我们需要睡眠？

“如果你偷懒打瞌睡，你就会失去很多”，这是一个容易记住的习语，但是如果生命中没有睡眠的话，将是一件十分恐怖的事情。所有的哺乳动物都需要睡觉，如果剥夺睡眠，它们将会很快死去，比禁食死得更快。这是为什么呢？没有人知道答案。

显而易见，睡眠可以使身体得到休息，但是看电视不是也可以使身体得到休息么？看来这不能解释睡眠的必要性。一种主要的理论认为，我们清醒的时候，大脑中会不断产生某种致命的物质，越积越多，只有睡眠才能够将它们打扫干净；或者也能这么解释，大脑中有某种生存必须的物质，清醒时会逐渐被消耗掉，只有睡眠才能补充这种物质。这么解释的话，睡眠就有意义了。以第一种解释来分析，夜间，大脑进入休息状态，逐渐恢复能量，进入慢波睡眠状态。这时，大脑没有什么负担，可以集中进行垃圾清理工作。

4.为什么安慰剂会起作用？

托·韦格是哥伦比亚大学神经科学家，为了研究安慰剂的功效(现代医学最为神秘的一种现象)，他用短促的电脉冲对实验者进行刺激。最近的一次实验中，韦格及其同事用刺激的方法对腕关节进行了24项测试。研究员将一种惰性奶油涂于实验者手腕上，告诉他们里面含有止痛剂，当科学家发出下一组脉冲时，8项测试结果表明疼痛得到显著减少。平淡无奇的奶油就可以使强烈的电刺激效果变得缓和许多，那安慰剂作为现代医学最好的药物，又是怎么产生作用的呢？研究表明，在对因高血压和帕金森病引起的精神不振病人的实验中，30%到40%的病人在服用了假的安慰剂后称感觉良好。假安慰剂都能产生如此神效，真是另人难以相信。

最近一次研究，休斯敦退役军人医疗中心的医生们对一组患有关节炎的病人做了膝关节内窥镜手术，需要削去一些膝盖骨并去除膝关节积水；另一组假装做膝盖并进行包扎。结果疼痛报告显示结果一样。霍华德·波迪是得克萨斯州大学医学院的教授，并发表过相关方面的著作，他说：“据我看，安慰剂虽然不能起死回生，但大量的实验表明，安慰剂至少可以在一定程度上起作用。”

5.森林是减缓还是加速全球变暖的速度？

每个人都知道森林有助于环境的改善。树木在生长的过程中会吸收导致全球变暖的罪魁祸首二氧化碳，树木越大，数量越多其吸收二氧化碳的数量也就越多。所以森林是防止全球变暖的一个很好的调节剂。但尽管植物在大量吸收二氧化碳，但地球仍在不断升温。于是产生了这样一个悖论，未来，森林并不能减缓气候的变化，但随着森林不断遭受毁坏，全球变暖形式将变得更为严峻。

我们不知道以后将会怎样，因为我们对森林本身了解的太少。科学家估计，在所有物种中，有一半的物种生活于森林的这个三维迷宫的树冠层，其中的绝大部分在我们的视线之外。实际上没有说清楚在地球的任何一个地方，指定任何一个高度的1立方米的树冠层中生活有哪些物种。

佛罗里达州新学院的树冠科学家马格瑞特·罗曼说：“在你至少知道森林中生活有哪些物种后，你才能有可能知道更多有关森林的一般性问题。这不仅仅是给它们命名的问题。我们需要知道哪些是常见物种，哪些是稀有物种，这些物种在做什么，在弄清楚这些后我们才能进入下一阶段的研究，弄清森林和地球气候之间的交互关系。”

6.生命从何而来？

物竞天择，适者生存，自然选择学说解释了生物体为了适应环境的改变，是如何进化来而的。但达尔文的理论却不能解释第一个生物体是如何产生的，这在他看来是一个深深的谜团。是死气沉沉的，没有任何生命迹象的化合物最初创造了生命么？没有人知道。第一个生命体是如何被装配起来的呢？大自然甚至连一点点微小的暗示都没有给出。

随着时间的流逝，这个谜团越藏越深。毕竟，如果原始的自然条件就可以创造生命的话，那么如今先进的实验室环境应该也能，或者应该非常容易地创造出生命，但是迄今为止所有的实验都以失败告终。国际殊荣诺贝尔奖和来自国际基因工程的100万美元的奖励正在等待研究员在实验室环境下创造生命，但至今仍无人问津。

一些研究人员认为，早期的地球环境存在某种神秘的物质，可以将化合物变成生命，但现在这种物质已经永远的消失了。也有一些研究员提出了与RNA有关的解释，一些含有RNA的物质先形成，再以其为模板制造DNA，但这不能解释第一个RNA是哪里来的。

是上帝或其他高等生物创造了生命么？我们起源于另外的星球，是被外星人运到地球的么？除非生命起源的问题完全被搞清楚，不然这些问题很难得到解答。

7.冰河时代是如何出现的?

科学家称，小规模的冰河时期每2—4万年发生一次，大规模的每10万年左右发生一次。但他们并不知道其中原因。现行的1920年由塞尔维亚工程师米兰柯维奇提出的理论认为，地球轨道的不规则性改变了它所吸收能量的多少，导致地球突然冷却。虽然这个理论与短期冰河期发生的时间相吻合，但仍旧存在一个很大的不足。在过去的数十年中，研究表明地球轨道的不规则性对地球所吸收太阳能的影响只占其中的1%或更少，这个微小的影响不可能使地球的气候产生重大突变。密歇根大学的地质和气候学家亨利·伯拉克说：“令人不解的是，是什么在扮演着放大这一作用的角色，是什么以一小数量的太阳能的变化产生了巨大的冰河作用？”

对冰层和海床岩石的研究表明，温度的升降与温室气体的浓度密切相关。但这是一个鸡和鸡蛋的问题。二氧化碳含量的增多和减少是气候变化的原因还是气候变化的结果？如果是气候变化的原因，是什么导致了这种变化？如果能弄清这一点，就可大大帮助我们搞清目前全球变暖问题以及如何解决这一问题。但正如俄亥俄州的地质学家马修·萨兹曼所指出的那样，“我们需要知道温室气体在史前时代波动的原因，但我们并不知道这一点。”

8.为什么一些疾病会流行起来？

一种流行性疾病———全国性暴发的疾病———实际上只是一种病原体鸿运当头的外在表现。毕竟细菌想要我们人类所想要的一切。细菌世界的成功意味着要使许许多多的人受到它的感染，它们不断生殖，然后使更多人受到感染。细菌如何实现感染的效率取决于它们是怎样工作以及它们的攻击对象———我们人类———抵抗能力如何。例如，HIV病毒喜欢(性关系)滥交，却又装正经的人群，人类喜欢性交，但却不喜欢谈论安全套。另一方面，那些性滥交的人却不会受到埃伯拉病毒的感染。所以文化的改变就像是乘坐喷气式飞机旅行，会使一些人群更容易受到某种之前所含有的疾病的攻击。

细菌中的变化，比如说如果禽流感病毒H5N1从人类基因中获得正确的基因就好像菠菜之于大力水手。但是没有人知道如何预测何时那些细菌会在人群中暴发，所以不要忘记经常洗手。

9.为什么我们会死亡？

当物理学家被问到事物为何死亡这种问题时，他们会毫不犹豫的回答说这符合热力学第二定律。任何事物无论它是矿物质、植物或动物，也不管它是一辆凌志汽车、礼冠上的一个贝壳还是细胞壁上的一个蛋白质分子最终都会分解消亡。这种现象发生在人类身上就是使人变老，这也是生物学家的一个研究课题。人变老的原因可能因为DNA遭到了自由基的损害，也可能是因为染色体端粒发生萎缩。就像科学家所称的那样，染色体端粒会随着每次细胞分裂而变小。当染色体缩小到一定长度，细胞就会开始凋衰甚至死亡。

但是若想获得生命何时终结的最佳解释，我们还要求助于生态学家，但他们也只是有一种粗略地计算寿命的办法。基本上说，物种的体形越大，它们体内的能量转换就会越慢，新陈代谢的速率就会越低，而生命也会越长。动物的新陈代谢速度很快，也可以很慢。亚利桑那州立大学的布瑞恩·安奎斯特教授说：“如果你捡起过一只小老鼠的话，就会发现它的身体晃动得很厉害，而且它的心脏跳得也很快。蓝鲸的心脏就像一个缓慢的音乐节拍器，跳动的声音就像教堂钟声响起的时候那样慢。”

然而二者生命过程中心脏的跳动总次数却是差不多，都是1亿次，但是老鼠用两年时间就完成了这个跳动任务，而蓝鲸却要用大约80年的时间。安奎斯特说：“有一种不变的东西：所有生物的能量生命指数几乎都是相同的。”虽然很多动物的体形比人类要大，但是寿命比我们长的动物却很少。为什么重量较轻的我们可以有这么长的寿命？

10.为什么不能十分准确地预报天气?

数年前，几天后的天气预报是完全不可信的，但现今更为先进的计算机模型使得预报一周后的天气变得精确起来。这对计划如何制定一个商业旅行计划或是否租用一个大帐篷来举行一个婚宴招待会是一个好消息。但是当你想建造一个计算机模型来预报数十年后或数世纪后的天气时，问题出现了。

1961年，气象学家爱沃德·劳伦兹(在进行一项计算机天气模拟，决定对其中的一个参量采用四舍五入进行计算。这个小小的变化完全改变了天气模型。这成为后来著名的蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀会在美国得克萨斯州引起一场风暴。劳伦兹的这种做法创立了混沌理论，启发气象学家将尽可能精确的数据输入计算机模型以增长他们的预测区间。但是即使极为精确的数据也不能使我们获得精确的长期性预测结果。