人类无法解开的科学大谜团

　　尽管牛顿的万有引力原理向人们揭示了人类不会从地球上掉下去的奥秘，而对于地球之外的更大的宇宙，我们依然所知甚少，我们已知的物质只占宇宙总物质的5％。反观人类自身，科学家们面对的也是很多无法求解的谜团。2007年新年伊始，美国著名的《连线》杂志对我们尚不知道答案的数十个科学问题进行了一次系统性的总结，有人评论说，这是“对人类无知的大盘点”。

　　宇宙是由何物构成？

　　天文学家通过高倍望远镜观测天空，能看到几十万亿英里外的天体。然而，目前科学家还不清楚宇宙到底是由什么组成的。

　　已知物质只占宇宙的5％

　　在过去的一个世纪，原子研究得到进一步发展，我们甚至识别出原子要素—电子和夸克，以及它们的外来物质—微中子、介子等等。但是现在得到的具有说服力的证据证明这些成分都是宇宙形成后产生的。当前的资料显示，如果你对存在的每一样事物进行测量，你会发现这些相似粒子大约只占总物质的5％。宇宙的大部分是由我们以后必须鉴定的其他物质组成。

　　多年来，天文学家研究银河及其内部星体的运动，发现这种发光物质施加的万有引力不足以引起天体的运动。因此宇宙中只有存在大量通过望远镜无法看到的额外的不发光物质，我们才能解释天体的运转。科学家通过详细的宇宙哲学测量法，还发现这种所谓的暗物质不可能是由组成我们熟悉的一切事物的电子、质子和中子构成。

　　暗能稍大可毁灭全部生命

　　20世纪90年代，由美国罗士柏克莱国家实验室的索尔·派尔穆特和澳大利亚国立大学的布莱恩·斯库米特领导的两个天文学家科研组甚至发现更加奇怪的事情。

　　通过观测遥远的超新星，这些天文学家测量了宇宙的膨胀率是如何随着时间变化。事实上，随着时间的流逝，宇宙的膨胀率加快了。这一定是有某些物质在推动，幸运的是，爱因斯坦的广义相对论提供了现成的答案：传播到整个空间的一种均衡的、分散的能量可能造成一种宇宙间的反引力。由于这种能量不发光，因此它被称作“暗能”。两个科研组通过观测，都断定大约23％的宇宙是由暗物质构成，大约72％的是由暗能构成。

　　现在科学家正在进行几项实验来识别暗物质。科研人员非常乐观，认为他们不久就能识别出暗物质。与此相比，暗能的问题就更难解决。它的起源是什么？什么决定它的数量？它的总量是保持恒定或是不断变化？这些都是关键性问题。计算显示，暗能的总数只要稍微大一点，宇宙就将在突然之间快速分离，我们已知的生命将不会存在。

　　黑洞的信息哪去了？

　　黑洞里面的吸引力非常强大，以至于任何物质或能量都不能逃脱黑洞的吸引。但是1975年剑桥大学物理学家斯蒂芬·霍金却说某种东西可以逃脱黑洞的引力。这种东西就是现在被人熟知的“霍金辐射”这样的随机粒子。因此如此黑洞可以把具有固定结构的物质统统吃掉的话，那么黑洞就会充满各种信息然后会发出不确定的各种各样的噪声，那么这些信息去哪里了？

　　霍金说这些信息被锁在黑洞里面了，因为黑洞最终要变成蒸汽，在这个过程中信息就被毁掉了。这就产生了一个悖论。因为物理学研究要使用像物质和能量这样的信息概念，那么信息就不可能被毁掉。

　　霍金对他的解释非常自信。霍金坚持让加州理工学院的同样有着天才智慧的吉普·索恩认同自己的看法，但是索恩的同事约翰·裴士基也对霍金的解释持怀疑态度。于是霍金和索恩达成了一致，他们相信黑洞中央的奇点毁掉了信息，而裴士基对这样的解释却不苟同。2004年霍金改变了自己的科学立场，开始认为落入黑洞奇点的物质不会丢失，但他们信息的确会泄漏出去，尽管除了霍金本人之外，可能再也没有其他人能够解释这种情况为什么和如何出现的。

　　霍金送给了裴士基一本棒球百科全书，以此向裴士基表明信息估计还可以随意的重新获得。然而裴士基只是勉强接受了霍金的这份礼物，并说：“即使你是斯蒂芬·霍金，你也有可能犯两次错误。”

　　重力是如何产生的？

　　牛顿在17世纪后期首先发现了万有引力的基本性质。他向世人揭开了天体运动和人类不会从地球上掉下去的奥秘，由此他也奠定了现代物理学的基础。然而距离牛顿发现万有引力的300多年后的我们仍旧只是理解万有引力现象，而对其产生原因的研究几乎没有任何进展。

　　重力是由某种基本粒子产生的吗？它有一种我们没有理解的时空特点吗？这些问题一直没有答案。很多科学家认为重力是由一种无形粒子产生的，他们甚至把这种粒子称为引力子。但是依靠当今的科技所做的实验却无法揭开这种粒子的实质。

　　美国哈佛大学物理学家利萨·兰道尔说：“我们认为，要探索重力粒子的本质，我们需要有一个黑洞能产生的那么多的能量。空间本身只是在不断分裂而已。我们容易明白重力是变化的，如果我们在未来30年中弄清重力产生的原因，那么以后还将出现重要的新问题，我敢保证会这样。”

　　我们的生命

　　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。

　　随着时间的过去，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。

　　实验已经创造出一些关于生命的基本物质。1952年哈洛德·尤里和斯坦利·米勒在芝加哥大学做了一个著名的实验，他们模拟假设出来的早期地球处境，有各种有机物体，及各种水、氢、氮、氧气和闪电，结果在试管中成功合成一些氨基酸。氨基酸是蛋白质的元素，是生物体的最本质的组成成分，但是很可惜，1952年的实验没能创造出生命。他们合成的氨基酸说明了在许多自然条件的综合作用下（包括天空飘浮的大片云朵）可能创造生命，但关于生命起源仍然没有确凿的证据，也不能解释在早期恶劣的环境下，生命体如何能够在严寒与高温的条件下生存下来。

　　一些研究员支持这种理论：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地消失了。也有人认为生命起源于深海高温的排泄物，高温高压的环境造成了化合物的转变。还有一些人认为创造生命的自然法则过于复杂，除非这种法则被发现，否则生命起源永远是一个谜。

　　我们为何需要睡眠？

　　如果生命中没有睡眠，那将是一件十分可怕的事情。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。

　　睡眠中还有另一个组成部分，大约经历15分钟，被称为快速眼球运动状态（REM睡眠）。当大脑处在REM睡眠时，常常伴随着栩栩如生的梦境，这对巩固记忆力有着至关重要的作用。随之而来也会产生一些问题：虽然抗抑郁剂可以防止进入REM睡眠状态，但病人服用抗抑郁剂会导致记忆力减退。

　　无论如何，睡眠都是十分重要且必要的。如果睡眠不足，坏事就会随之而来，比如每年因睡眠问题会发生无数起交通事故，更不必提因为睡眠不足而当着配偶的面喊出情人名字这种尴尬事了。

　　人体器官

　　为何难再生？

　　拿菜刀从你手指上切下去，如果不到医院做接合手术，你的这根手指就会永远跟你说再见。然而把蝾螈的一条腿砍下它却会自然的长出一条新腿。

　　科学家希望重新复原由疾病、受伤或变老而受到损伤的人体组织，他们想知道为何行动灵活的两栖动物可以自然重新长出器官，而人类却不能做到这一点。

　　当蝾螈受伤时，伤口处的皮肤、肌肉和血管会回到它们初始的无差别状态，伤口处会形成一种称为胚芽的海绵组织。这就好像这些细胞及时回到初始状态然后开始沿着过去的生长步骤重新再造一个新器官。

　　我们好像已经把与此相同的器官生长步骤写入了我们的基因中：还是胚胎的时候，我们顺利长出了胳膊、大腿、心脏、肺等器官组织，甚至在我们成人时，神经系统的一种类型的细胞还可以产生变异来修复身体损伤。心脏当中

　　的细胞也有类似的功能。然而，我们身体的多数器官组织的重生之路好像都被封锁阻断。其中的原因可能是：在身体看来，长出新组织所需要的细胞快速分裂非常类似没有控制的癌细胞的生长。基因在不断地出现变异，而我们的身体对此显得非常脆弱，因此我们启动细胞分裂控制程序，以图把癌细胞扼杀在摇篮中。

　　如果要开启我们的再生功能，科学家将需要在不引起身体发生恶性癌变的前提下清除体内的再生阻止信号。

　　人为什么

　　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，它们最终都会分解消亡。

　　人变老的原因可能因为基因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。美国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。而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，都是约为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。

　　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？安奎斯特推断说，人类的智慧使我们拥有更长的生命。也就是说，人脑在起作用。当然，这只是一种推断。