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【医药前沿】专业攻克各类骨关节疾病

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【转载】当今最难回答的20个科学问题  

2016-11-19 18:28:16|  分类: 休闲-知识百科 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【转载】当今最难回答的20个科学问题

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【转载】当今最难回答的20个科学问题

2016-11-19 17:07:42|分类: 宇宙奥秘 |标签:|举报 |字号大中小 订阅

本文转载自心的对话《当今最难回答的20个科学问题》

当今最难回答的20个大科学问题 -【医药前沿】的网易博客

英国媒体解读当今最难回答的20个大科学问题

【01】宇宙由何组成?

尽管天文学作为一门科学,已经有了几百年的历史,但是天文学家们至今依然无法解决一个尴尬问题——那就是回答宇宙的95%是由什么组成的。

我们周围由原子构成的、可见的世界,其物质总量仅仅占到宇宙的5%。经过以往80年的研究,人们终于确定是两种隐形的存在——暗物质和暗能量组成了那些剩余。暗物质首先于1933年被发现,它就像一种无形的胶水,将星系、星云粘合为一体。暗能量则直到1998年才为人所知,它是宇宙加速膨胀的推手。天文学家确信,他们已经越来越接近揭开这些神秘存在的真实身份的那一天。

【02】生命打哪儿来?

40亿年前,地球混沌一片的原始环境中,生命最初级的形态开始涌动。若干最基本的化学元素相互聚集,并开始了生化反应,最终产生了第一批可以自我复制的分子。而人类正是这些分子演进后的造物。

不过这里有一个问题,彼时那些基本化学元素是如何自发排列出生命的形式?人类如何以及从何获取了DNA?世界上第一个细胞是什么样子?这个问题即便在化学家斯坦利·米勒“原生汤”理论提出一百多年后,依然众说纷纭。有人坚持认为生命来自火山边上的热水池,有人则更相信是陨石带来了生命。

【03】银河存知己?
问题的答案或许为“否”。

一直以来,天文学家在宇宙中搜索地球可能存在的同类。尤其那些水以液态存在、可能产生生命的星球,如木卫二、火星甚至遥远的系外行星。功能强大的射电望远镜始终监控着宇宙中的信息。1977年,它们还接收了一个可能为外星人发出的信号。与此同时,天文学家们也在不停地扫描目标星体可能具有的大气层,以期寻找到氧气和水。随着技术的不断发展,接下来的数十年,或许将成为天文学家的狩猎季,仅在银河系内就有着近600亿个潜在的目标。

【04】我们缘何如此特殊?

如果仅仅从DNA上看,人类并不见得具有超越其它动物的特点。例如,人类基因组与黑猩猩有高达99%的相似,甚至跟香蕉也看起来差不多。而此前许多被认为是将人类与动物区分出来的特征,比如语言、使用工具、辨认镜中的自己等等,一些动物都可以做到。

之所以我们没有与动物混为一谈,首先在于我们有着发达的大脑——人类大脑中的神经元数量是大猩猩的三倍。其次或许就是我们的文化,以及它与基因之间的相互作用。当然,也有学者认为对火的利用及其衍生的熟食习惯帮助了大脑的发育。此外,群居合作、交流、交换技术也促使我们脱颖而出,成为这个星球的主人。

【05】意识是个什么东西?

这个问题现在没有确切的答案。我们只知道,意识并不属于大脑的一部分,它实际上是由大脑不同的区域共同作用而产生。研究意识的问题,一条可行的思路是,循着摸清到底大脑的哪些区域参与了作用机制,以及神经系统的工作原理来展开。另外借助人工智能构建出一个高度仿真的模拟大脑,也可能有所裨益。

不过,这些并不能从哲学层面回答意识存在的意义。一个合理的解释是,意识存在的目的,是帮助人类更好地适应生存。对于感官获得的外界信息,大脑并非简单地做出反应,而是通过整合、筛选、加工外来的信息,为人们甄别当下的现实,想象绚烂的未来提供支持。

【06】人为何会做梦?

人生苦短,其中还要拿出三分之一的时间来睡眠。不过即便花了这么多时间来睡觉,人们对睡眠的许多事情依然一无所知。科学家们就在试图解释为什么会睡觉和做梦。弗洛伊德理论的信徒们认为,梦表达了尚未实现的愿望,而这些通常跟性有关。也有人相信梦只不过是休息中的大脑某些混沌的思维。

如今,动物实验以及脑成像技术的发展,已经令我们认识到梦对于人类记忆、学习和情感都会产生影响。比如,实验显示老鼠会在梦中重现自己清醒时的经历。目的应该是帮助自己在经常会被放入的迷宫中找到出口。

【07】物质是怎么回事?

关于这个问题的解释,或许会令人有些头疼。首先,构成人体的东西叫物质,它有一个和自己只存在电荷上的差异、名为反物质的“亲生兄弟”。不过两者最好是老死不相往来,因为相遇只会导致湮灭和消失。

为什么会有这种兄弟倪墙的情况,合理的解释是,大爆炸造就了数量相当的正、反物质。

因而一旦物质遇到它所对应的反物质,两者就会同归于尽,只留下能量。
不过,就我们所在的宇宙而言,物质似乎更受造物主的偏爱,否则也就不会有人类的存在。至于为什么会这样,物理学家们正利用大型强子对撞机实验提供的数据来追寻答案,并将超对称性和中微子作为两个最具可能的突破点。

【08】一个,还是一群宇宙?

宇宙的存在,本身就是一个奇迹。所有必须的条件在同一时间恰好具备,哪怕有一点微小的设定更改,或许就不会有我们这样的生命存在。而从另一方面来讲,其他不同的设定条件下,是否会产生其他的结果。为了解决这个“微调”的问题,物理学家们的研究正日渐转向“其他的宇宙”。

按照设想,如果有无数个宇宙存在于多元宇宙之中,那么这意味着每一种条件的组合,都会产生一个结果——就像人类所生存的这个宇宙一样。这听起来可能有些疯狂,但宇宙学、量子物理学提供的证据正佐证这个方向。

【09】碳排放,放在哪?

碳排放现在是个热门词汇,那么为了地球的环境着想,碳最好排放到哪里去呢?

在过去的数百年里,人类把地下的化石燃料作为工业的血液加以利用,而所排出的二氧化碳,则塞满了整个大气层。如今,气候变暖的压力之下,我们想要物归原主,把碳送回它们一开始来的地方,比如埋进废弃的油气田,或者深藏海底。

不过,我们并不能保证这些方法会万无一失。在处理旧麻烦的同时,我们还必须保护森林、沼泽等自然界真正长久储放碳的地域,并积极开发利用低碳、无碳的清洁能源与新能源。

【10】太阳能否给予我们更多?

碳排放的压力,正迫使人们在控制石化原料消耗的同时,寻找一种新的能源供给。太阳,这颗距离我们最近的恒星,就提供了多种方案。首先我们已经在利用太阳能产生电力。

此外,利用日光能量对水进行分解,得到氧气、氢气也不失为一条好的途径。氢气能够成为未来燃料电池汽车的动力来源。此外,科学家们也一直没有放弃对“无尽能源”核聚变的研究,希望这些方法可以解决人类对能源的不竭渴求。

【11】质数它怎么了?

数学不灵光的人,一般对质数没有什么兴趣,但是他们之所以能够安全地网上购物,靠的正是这些只能被自己和一整除的数字保驾护航。

信息安全是电子商务的核心。互联网专家们就通过将质数做成密钥来保护企业和客户的机密信息。不过,虽然质数对我们的日常生活起着至关重要的作用,它本身在学术上依然是个未解之谜。研究质数在自然数中分布规律的黎曼假设,几百年来一直吸引着最聪明的数学天才的目光,但至今无人可以给出完美解答。当然,某个怀揣不法之心的人的成功之日,或许将是电子商务的末日。

【12】细菌能否彻底被击败?

自弗莱明爵士于1929年发现青霉素起,抗生学便成为医学重要组成部分之一。而他这项令其捧得诺贝尔奖的重大发现,第一次令人类在与细菌的万年战争中占到了一次上风。一批能够抵御最致命疾病的药物出现,手术、移植和化疗等医疗手段由设想化为现实。

现在,近一百年过去了,弗莱明的这份遗产开始出现了问题。随着细菌的“与时俱进”,仅在欧洲,每年就有大约25万人死于多重耐药病菌。此外,不仅药物的供应渠道被诟病了几十年,抗生素的滥用更是将问题变得更糟——美国80%的抗生素竟然被用于刺激家畜的生长。

幸运地是,基因测序技术正在帮助人类开发出细菌无法适应的抗生素。这些新药的研制方法或许听起来有些不善,比如从排泄物中“收编”良性细菌,又或从深海中寻找新型细菌,这些都令我们有机会在这场与有机物的军备竞赛中,取得领先。

【13】计算机的极限在哪?

摩尔定律的存在,让计算机的发展成为一列停不下来的火车。今天我们人手一部的平板电脑和智能手机,比1969年美国人登月时所使用的电脑强大了不知多少倍。

但现在我们需要考虑这样一个问题,在体积小型化日渐极端时,如何能够持续不断地提高计算机的能力。当处理器芯片的物理空间即将压榨殆尽,电脑制造商是不是可以考虑一种新的设计思路?或者开发类似石墨烯、量子计算等新材料和新系统?

【14】治愈癌症可能吗?

直白地说,不会。因为癌症实际上并非单一的疾病,而是一种数百种的疾病因素的松散组合。早在恐龙时期就业已存在的癌症,肇始于各种基因缺陷,每个人都无法避免罹患癌症的风险。生命延续的时间越长,身体出现各种问题的可能性就越大。原因在于癌症也和我们一样,不断为了生存而进化着。

不过,魔高一尺道高一丈。虽然癌症是一个复杂的存在,人类依然依靠遗传学研究,日益了解、把握其诱发的原因以及扩散的方式。针对癌症的治疗和预防措施也日臻丰富。事实上,每年全球370万例癌症病例中的一半以上,都是可预防的。基本措施包括戒烟戒酒,控制饮食,保持锻炼,避免长时间日晒等等。

【15】机器人服务于人的时代?

如今的机器人技术,已经达到提供饮料、搬运行李等简单任务的程度。而与人类的社会分工一样,机器人的发展,将衍生出精于某一单项技能的专业工人:它们能按照你的亚马逊订单安排发货,熟练地挤牛奶,整理电子邮件,载着你往返于机场不同的候机楼。

不过,尽管有了这样快速的进步,我们仍旧需要攻破机器人技术最大的一个瓶颈——人工智能。如果没有极高的自我思维能力,人们很难会完全放心地交给机器人独自照顾老人这样的任务。目前,日本已经计划于2025年前实现机器人照顾老人的设想,不过对此依然需要我们进行更细致的思索。

【16】海底究竟有什么?

自出现在地球上,人类的生存发展一直与海洋休戚相关。但是直到今天,整个地区海洋中的95%依然没有人类涉足的痕迹。广袤的海洋深处,到底有什么?

寻找该问题答案的尝试,从未间断。1960年,唐纳德·沃尔什与雅克·皮卡德借助深海潜艇,下潜了海面以下7英里处。这次探索极大地推进了深海研究的进程,不过限于当时的条件,他们并未获得太多的结果。

由于对潜水设备的高要求以及人类身体的脆弱性,很多时候,我们只能依靠深潜机器人去执行任务,并且得到了许多新奇的发现。然而与整个海洋相比,这仅仅只是那个水下世界神奇魅力的九牛一毛。

【17】黑洞的真相是什么?

目前回答这个问题是不可能的,理由之一是找不到可以承担研究任务的工具。不过我们可以从理论上着手。根据爱因斯坦广义相对论,恒星在寿命完结之后形成黑洞,这是一个持续不断的坍缩过程,最终将得到一个无限小的极高密度点,即“奇点”。

只是,量子物理学家对此或许并不持赞同意见。作为广义相对论的对手,量子物理学数十年来从未表露丝毫愿意与前者“同流合污”的意思。不过,抛开双方对彼此的成见,一个被称为M理论的研究成果,或许能够回答黑洞中心到底有什么的谜题,揭开这个宇宙最极端造物的真面目。

【18】长生不老行不行?

当今社会,科技的发展一日千里,这也给我们造成了一种感觉:衰老或许不是生物的必然宿命,相反,它是一种能够借助医学技术治疗预防或者暂缓的疾病。

导致衰老的原因是什么?为什么某些特定生物的寿命长于其他?对于这些问题,尽管我们尚未厘清所有细节,但所掌握的答案已然越来越多——DNA损伤,老化、新陈代谢和优育之间的平衡,基因于其间的作用等等。这些都在逐渐组成一幅宏伟、完善的图景,或许还能够帮助人类改进药物疗法。

不过,与其追求活得长久,倒不如提高这种长寿的质量。像糖尿病、癌症等许多疾病都属于老年病范畴,因而治疗这些老年病本身或许就是一个切入点。

【19】人口如何不再是个问题?

自从上世纪60年代起,这个星球上的人口数量增加了一倍。而在现在70多亿的基础上,到2050年将会达到90亿。地球所能提供的空间是有限的,彼时人类如何提供充足的食物和燃料自给自足?

这不是一个玩笑,而是一个需要认真思考的问题——不管是考虑火星移民,还是向地下拓展生存空间,抑或加快生物农业技术的发展。

【20】时间穿梭有可能吗?

实际上已经有人实现了这种可能。按照狭义相对论的说法,环绕轨道运动的国际空间站中的宇航员,他们对于时间的感受,就要比地球上的同类们慢。

当然,虽然空间站的速度已经够快,若要实现时间穿梭,依然差得很远。不过,如果能够做到持续加速,人类实现纵观千年也绝非不可能。

自然规律认定,人不可能踏进同一条河流。但物理学家们不这么想。他们已经制定了借助空洞以及宇宙飞船实现时光回溯的蓝图。那时,你可以自己给过去的自己送上一份圣诞礼物,或是找到宇宙未解之谜的答案。

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