十三大科学疑团(组图)

http://www.sina.com.cn 2005年04月13日14:10 新华网

　　迈克尔·布鲁克斯

　　原文提要：来自其它星球的消息？一块金属会产生巨大的能量？在太阳系的边缘还存在一个巨大的星球？这一切听起来似乎不太可能，但它们是真实的科学观测结果。目前还无法对这些反常现象进行解释，但对它们进行研究可能会改写现行的所有规则。

　　一、安慰剂效应

　　你是医生，还是安慰剂？

　　请不要自己在家中做这个实验。在实验对象身上制造疼痛，然后使用吗啡控制这种疼痛。一天这样做几次，连续进行几天，直到实验的最后一天，用生理盐水取代吗啡溶液。猜猜发生了什么？像吗啡一样，生理盐水也有效地抑制了实验对象的疼痛。

　　--ADV_CONTENT-->这就是所谓的安慰剂效应：有时候，一些平常的东西会因为某种原因具有强大的威力。意大利图林大学的法布里齐奥·贝内代蒂在做上述实验时，在最后一天的生理盐水中加入了吗啡拮抗药物烯丙羟吗啡酮。出现了怎样的惊人结果呢？生理盐水抑制疼痛的能力消失了。

　　那么在这一过程中发生了些什么事情呢？几十年来，医生们都知道存在安慰剂效应，而烯丙羟吗啡酮的实验结果似乎显示，安慰剂效应在某种程度上是一种生化反应。但除此以外，人类对安慰剂效应一无所知。

　　后来，贝内代蒂又证明，用生理盐水做成的安慰剂还可以缓解帕金森病患者的震颤和肌肉僵直症状。在给病人注射生理盐水的同时，贝内代蒂和他的研究组对病人脑部的神经元活动进行了测量。他们发现，随着生理盐水的注入，病人丘脑下部的神经核团兴奋程度有所降低，神经元的“应激兴奋”次数也有所减少：生理盐水显然产生了效果。

　　贝内代蒂说，研究人员对在这一过程中究竟发生了什么事还不是很清楚，但有一点非常明确：大脑能够影响到身体的生化活动。他说：“对治疗效果的期待和实际的治疗效果之间的关系是理解大脑和身体之间相互作用的一个很好模式。”现在，研究人员还需要识别安慰剂在什么时候、在什么地方能够发挥作用。也许安慰剂对某些疾病不会产生作用；也许在不同的疾病之间存在某种共同机理。这些问题迄今还没有答案。

　　二、宇宙背景辐射同温

　　宇宙似乎令人费解地相同。从可见宇宙的一边向另一边看过去，会看到充满宇宙的微波背景辐射拥有同一温度。考虑到宇宙诞生仅140亿年之久，而宇宙的两边相距近280亿光年之遥，这一现象便尤其令人吃惊。

　　没有什么能比光传播的速度更快，因此热辐射不可能在大爆炸后迅速实现均衡，导致我们现在所看到的热平衡。

　　对宇宙学家们来说，“宇宙背景辐射同温”的问题是一个非常令人头疼的问题，一些近乎荒诞的解释被提了出来，如“暴胀说”。

　　如果在大爆炸后，宇宙以极快的速度膨胀，在10—33秒内膨胀了1050倍，那么，宇宙背景辐射同温的问题就能够得到解决。但这只是一种主观的想像。剑桥大学的天文学家马丁·里斯说：“如果事实真的如此的话，暴胀说倒是一种解释。”但问题是，谁也说不出是什么力量导致了这一切的发生。

　　也就是说，暴胀说在解决了一个谜团之后又创造了一个新的谜团。改变光速也可以解决宇宙背景辐射同温的问题———但这种解释也会引起人们问一个“为什么”，也就是说，如果用科学术语来表述的话，宇宙背景辐射同温仍然是一个反常现象。

　　三、能量超强的宇宙射线

瑰丽的马头星云

　　十多年来，日本的物理学家们经常探测到一些不应该存在的宇宙射线。宇宙射线是在宇宙中以接近光速的速度传播的粒子，大多由质子组成，有时由重原子核组成。从地球上探测到的一些宇宙射线是超新星爆发产生的，但不知道这些高能粒子（它们是自然界中能够见到的能量最高的粒子）的源头在哪里。但这还不是问题的本质。

　　宇宙射线在传播过程中会与充斥在宇宙各处的低能量光子发生碰撞，在这一过程中高能量的宇宙射线会损失部分能量。根据爱因斯坦的狭义相对论，由于要经过多次碰撞，任何来自银河系以外的宇宙射线的能量不能超过5×1019电子伏特，这就是所谓的GZK极限。

　　但在过去的十年中，东京大学的宇宙射线检测装置“超级神冈器”多次监测到了超过GZK极限的宇宙射线。从理论上讲，这些高能宇宙射线只能来自银河系内部，但天文学家们没有在银河系内部找到这些高能宇宙射线的源头。那么究竟是怎么回事呢？

　　一个可能性是超级神冈器的结果有问题，另一个可能性是爱因斯坦错了。爱因斯坦的狭义相对论说，空间在各个方向上都是均衡的，但如果某些方向更容易被粒子穿越又会怎么样呢？如果是那样的话，宇宙射线就能更多地保存它们的能量，从而在抵达地球时超过GZK极限。

　　阿根廷门多萨的物理学家们正在对这一问题进行研究。皮埃尔·奥格实验将1600个探测器安装在方圆3000平方公里的范围内，通过这一实验应该能够探测到抵达地球的宇宙射线的能量，从而对超级神冈器的结果有一个更好的理解。

　　英国利兹大学的天文学家艾伦·沃森是该项目的发言人，他相信这里有些值得跟踪的东西。他说：“我毫不怀疑，能量高于1020电子伏特的宇宙射线确实存在。有足够的例子促使我相信这一点。”现在的问题是，这些粒子是什么东西？有多少这样的粒子抵达了地球？它们是从什么方向来到地球的？在我们搞清这些问题之前，我们是无法想像真正的答案会是怎样的。

　　四、贝尔法斯特顺势疗法实验

　　马德琳·恩尼斯是贝尔法斯特女王大学的药理学家，她曾经是顺势疗法的强烈批评者。顺势疗法称，对药物进行不断稀释，直到该药物的每一份样本中除了水之外几乎什么都没有，但即使如此，稀释到这一程度的药物仍然具备治疗效果。对此，恩尼斯起初颇不以为然。直到有一天，她决定进行实验来证明顺势疗法的这种说法完全是骗人的。

　　恩尼斯在她最新的论文中描述了高度稀释的组胺溶液对人体炎症中的白细胞产生的作用。这些“嗜碱细胞”在细胞受到攻击时会释放组胺。释放出的组胺会抑制白细胞继续释放组胺。同时在4个实验室进行的这一研究发现，顺势疗法中所采用的高度稀释的组胺溶液产生了与组胺相同的效果。恩尼斯可能并不喜欢顺势疗法的说法，但她承认，不能排除顺势疗法可能有一定的效果。

　　那么这是怎么发生的呢？顺势疗法医师的药物是这样准备出来的：他们将木炭、颠茄或是蜘蛛的毒液溶解在酒精中，然后将这种“母液”用水一遍一遍地稀释。顺势疗法医师宣称，不论将药液稀释到何种程度，原始的药物仍会在水分子中留下痕迹。因此，不论药液稀释到什么程度，它仍然具备原来药物的特性。

　　人们可以理解，为什么恩尼斯对此会持怀疑态度。而且也没有任何顺势疗法药物在大规模临床实验中被证实有效。但贝尔法斯特实验表明，顺势疗法中确实存在有价值的东西。恩尼斯在她的论文中说：“我们无法解释我们的发现，现在我们将我们的发现报告给大家，希望有人会对这一现象继续研究。”她说，如果这些结果被证明是真实的，那么，它们意义非凡：物理学和化学可能都需要改写。

　　五、暗物质

　　只用引力来解释银河系的旋转，很快就会发现不对头：银河系应该崩溃。银河系的物质之所以能够围绕一个中心点绕轨道运行，是因为它们之间的相互引力创造了一种向心力。但在银河系中没有足够的物质导致出现研究人员观测到的旋转。

　　卡内基学会物理学家薇拉·鲁宾早在上个世纪70年代末期就发现了这一问题。对此的最佳解释是宇宙中还存在许多我们看不见的物质。问题是，没有人能解释这种“暗物质”是什么。

　　现在科学家们仍然不能解释暗物质是什么东西。在暗物质由何种粒子组成的问题上，虽然研究人员提出了多种假设，但迄今还没有达成一种共识。这是人类认识中一个令人尴尬的缺口。据天文观察显示，宇宙的90％都应该是由暗物质组成的，但对这90％的宇宙，我们惊人地无知。

　　也许我们永远都不会知道暗物质是什么，因为它们可能根本就不存在。鲁宾当然希望情况真的如此。她说：“如果我可以选择的话，我愿意真实的情况是牛顿定律不适用于相距遥远的物质之间的引力作用。这听起来比一个充满了一种新的亚原子粒子的宇宙更具吸引力。”

　　六、“海盗”号探测到甲烷

“海盗”号着陆器在火星表面软着陆。

　　1976年7月20日，吉尔伯特·莱文在焦急地等待。在遥远的火星上，“海盗”号火星探测器的登陆器铲起了一些土壤，然后将它们与标有“碳14”标签的营养物质混和。此次行动的科学家们一致同意，如果登陆器上所携带的仪器检测到从土壤中释放出来的甲烷中含有碳14的话，就表明火星上一定有生命。

　　“海盗”号报告了一个肯定的结果。有什么东西吸取了营养物质，进行交换后，喷出了含有碳14的气体。

　　但为什么没有举行庆祝会呢？因为另一个检测有机分子的仪器没有任何发现。有机分子被认为是生命的基本要素。几乎所有科学家都选择了谨慎从事，宣布“海盗”号的发现是一个假相。但真是这样吗？

　　这一问题仍在争论之中。但美国航天局最新的探测结果显示，火星表面过去几乎肯定是湿润的，因此适合生命的存在。莱文说：“每次火星探测行动所得到的证据都在支持我的结论。没有一项证据与我的结论相违背。”

　　莱文仍然坚持他的结论，而且他不再是孤军作战。南加利福尼亚大学的细胞生物学家乔·米勒对“海盗”号所获得的数据进行了重新分析后认为，排放物显示出了一种生理节奏。这表明，火星上极有可能存在生命。

　　七、四中子

　　四年前，在法国的一个粒子加速器中检测到了6个不应该存在的粒子。它们被称为四中子：4个中子以不符合物理学法则的方式结合在一起。利用法国卡昂的粒子加速器工作的弗朗西斯科·米盖尔·马凯斯和他的同事们目前正在努力将这一过程加以重复。如果他们成功的话，这些粒子团将使我们不得不对将原子核结合在一起的力量重新进行思考。

　　研究人员用铍原子核撞击碳原子，然后对射入粒子监测器中的残核进行分析。他们原以为会看到4个独立的中子撞击到监测器上，但结果他们只在一个方向上看到了一次闪光。这次闪光的能量表明，4个中子同时抵达了监测器。当然，他们的发现可能是一次偶然事件：4个中子可能偶然同时抵达同一个地点。但这种情况极不可能发生。

　　也许会有人说，这种可能性总比四中子的可能性要大，因为在粒子物理学的标准模型中，四中子不可能存在。如果允许四个中子结合在一起，会出现各种各样的混乱局面。这就意味着在大爆炸后的物质形态与我们今天所看到的物质形态是不一样的，更糟糕的是，这种形态的物体很快就会变得过重，宇宙将难以承受。

　　但在这一推理中存在两个漏洞。首先，目前的理论实际上是允许四中子存在的，不过只能在极为短暂的时间内存在。而且还有其它证据支持多中子物质的存在：中子星。中子星是由大量中子聚合在一起形成的，这表明的确有一种无法解释的力量在使中子们聚集到一起。

　　八、“先驱者”宇宙飞船

　　这是有关两艘宇宙飞船的故事。“先驱者10”号宇宙飞船于1972年发射，“先驱者11”号宇宙飞船于1973年发射。现在，在无人观测的情况下，这两艘飞船应该都漂浮在深空的什么地方。令人感兴趣的是这两艘飞船的飞行轨道。

　　有某种力量在推动或是牵引它们，导致它们的飞行速度越来越快。虽然这一加速度非常小，不到一纳米每秒平方，但已经使“先驱者10”号偏离预定飞行轨道约40万公里。美国航天局1995年与“先驱者11”号失去了联系，但那时它也发生了与“先驱者10”号相同的偏离情况。那么是什么力量引起了这种偏离呢？

　　没有人知道真相。一些可能的解释已被排除，这些解释包括软件错误、太阳风和燃料泄漏等。如果引起飞船偏离轨道的是一种引力，那也是一种我们根本不了解的引力。实际上，物理学对此毫无办法，一些人便将这一神秘现象与另外一些无法解释的现象联系在一起。

　　有人将这一现象与暗物质联系到一起，但既然我们根本搞不清什么是暗物质，所以这种解释没有什么帮助。洛斯阿拉莫斯国家实验所的迈克尔·马丁·涅托说：“这一切太令人迷惑了。我们只有一些假设，但没有一个得到过证实。”

　　九、暗能量

　　这是物理学最著名、也是最令人挠头的问题之一。1998年，天文学家们发现宇宙正在以越来越快的速度膨胀。此前，所有人都认为，在大爆炸后，宇宙的膨胀速度在逐渐放慢。密歇根大学的宇宙学家凯瑟琳·弗里兹说：“理论家们仍在想方设法寻找一个合理的解释。我们都希望未来对超新星、星团等的观测能够给我们提供更多线索。”

　　一种可能的解释是，宇宙空间中的某种物质————宇宙学家们称之为暗能量在起作用。但所有企图对此加以证实的努力都失败了。另一种可能的解释是爱因斯坦的广义相对论在适用于特大规模的宇宙时需要加以修改。弗里兹说：“这还是一个全新的领域。”

　　十、柯伊伯峭壁

　　如果遨游到太阳系的最边缘，到达冥王星外面寒冷的空间，将可以看到一种奇怪的现象。在穿越充满了冰岩的柯伊伯带后，突然，太空中空无一物。由于冰岩的密度出现了陡然下降，天文学家们将这一分界线称为柯伊伯峭壁。那么，是什么力量造成了这种现象呢？唯一的解释似乎是存在第十颗行星。我们谈论的是像地球或火星一样大的一个星球，正是因为它的存在，这个地区的所有碎片都被它一扫而光。

　　天文学家艾伦·斯特恩说，“第十颗行星”说非常引人注目。虽然这种假设能够解释柯伊伯峭壁现象，但从来没有人看到过这一传说中的第十颗行星。这种情况是可以理解的。因为柯伊伯带离得过于遥远，我们无法将它看得很清晰。在我们对这一区域下任何结论之前，我们应该先到那里去看一看。但至少在十年之内人类还做不到这一点。

　　十一、令人吃惊的外太空信号

　　这一信号持续了37秒，来自外太空。1977年8月15日，当时还在俄亥俄州立大学的天文学家杰里·埃曼通过俄亥俄州的“巨耳”射电望远镜观测到这一信号时激动地写下了“Wow”三个字母。28年过去了，仍然没有人知道是什么发出了这一信号。埃曼说：“我仍在等待一个合理的确切解释。”

　　信号来自人马座方向，其无线电波段极其狭窄，约围绕1420兆赫窄幅波动。国际协约规定，任何人不得使用该波段进行信息传输。而自然辐射，如行星的热辐射等的波段要宽泛得多。那么，这一信号源自何处？这一方向上最近的恒星距地球有220光年。如果是来自这颗恒星，则一定发生了极其强烈的天文事件———难道是一种外星文明在用一个威力无比的无线电装置发送信号吗？

　　虽然对这一片天空的多次扫描都未能有所发现，但这一事实并不能说明这一信号一定不是来自外星文明。只要想想“巨耳”一次只能观测到一百万分之一的天空，外星文明的无线电发送装置也可能在以同样的效率工作，因此再次捕捉到这一信号的可能性即使不是没有，也微乎其微。

　　另外一些人则认为，一定存在一个合理的解释。科学家丹·韦特海默说，这个信号几乎肯定是地球上的电波干扰。他说：“我们见过许多这样的信号，结果都是些干扰信号。”

　　十二、不“听话”的常数

　　1997年，悉尼新南威尔士大学的约翰·韦布和他的研究组对从遥远的类星体抵达地球的光进行了分析。这些光经过120亿年的行程，穿越了主要成分为铁、镍、铬的星云，研究人员发现，星云原子吸收了类星体光的部分光子，但与他们所计算的数量不符。

　　如果他们的观测是正确的，对这种现象唯一合理的解释是，当光穿越星云时，一种被称为阿尔法常数的物理量发生了改变。但这是一种臆想。阿尔法常数是决定光与物质相互作用的非常重要的常数，这一常数不应该发生改变。这一常数值是由电子所携带的电荷、光速、普朗克常数及其它许多因素决定的。难道这些因素之中真的有某种因素发生了改变吗？

　　物理学家们谁都不愿相信这一测量结果。韦布和他的研究组多年来都在试图从他们的结果中找出错误。但直到目前他们还没有成功。

　　十三、冷聚变

　　从1989年到1999年的十年中，美国海军的多个实验室共进行了200多次实验，试图发现核聚变能否在常温下进行。自那以后，已经有很多科学家宣称他们相信存在这种可能性。

　　如果能够进行可控制的冷聚变，那么世界上的许多能源问题就会迎刃而解：难怪美国能源部对此满怀兴趣。去年12月，在对各种证据进行了冗长的评估后，美国能源部说，它将接受有关冷聚变实验的各种建议。

　　这是一个巨大的态度转变。美国能源部15年前对这个问题的结论是：冷聚变不可能复制。该结论基于犹他大学的马丁·弗莱施曼和斯坦利·庞斯于1989年在一次新闻发布会上提交的报告。

　　关于冷聚变的声明是，如果将钯电极浸入重水，就能释放出大量能量。给电极加上电压，将促使氘核移向钯分子，使它们克服自然的排斥力聚合到一起，并在瞬间释放出巨大的能量。但问题是，所有现有的科学理论都认为这种在室温下的聚变是不可能发生的。

　　不过，乔治·华盛顿大学的工程师戴维·内格尔说，不要紧，超导现象也是经过了40年才解释清楚，因此，没有理由驳斥冷聚变的可能性。（来源：参编）