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[科學新知] 科學界的八個難題  關閉 [複製連結]

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發表於 2009-9-6 15:46:17 |顯示全部樓層

難倒科學界的八個難題

1、流感的季節性

 


在溫帶,流感和寒冷天氣總是如影相隨:在北半球,流感高發期是在11月份至次年的4月。但流感病毒自身的活動卻沒有“週期性”,它們在一年中任何時候都可以在人群間傳播。在熱帶,流感病毒的傳播幾乎沒有季節性,而且在溫度較高的月份,還可能產生新的流感病毒,比如今年出現的HINI。

目前,科學家已提出很多種可能原因,來解釋為什麼一年中,流感病毒在某些月份更易在人群間傳播。寒冷、乾燥的空氣有助於流感病毒在地表生存,而缺乏維生素D(人體內維生素D的含量與陽光照射量有關,在冬天,陽光照射量偏少),人們的免疫能力就會有所下降,給流感病毒有機可乘。另外,如果天氣過於寒冷,人們喜歡聚集在屋裡、學校或辦公室,更有助於流感病毒的人際傳播。房間內的加熱系統(如中央空調)也與流感傳播有關:一旦有病人咳嗽,他咳出的帶有病毒的氣溶膠能很快傳播到其他房間。

上述原因聽起來都很合理,但實際上,幾乎沒有相關研究來支持甚至反對這些“假說”。在2007年的“流感季”,美國塔夫斯大學的埃里克勞夫格倫發表一篇綜述,他們認為,流感病毒呈季節性傳播的原因很可能是多種因素共同作用的結果。

2、高溫超導的起源

 


上世紀80年代中後期,物理學家在對銅氧化物研究時發現了一個令人嘆為觀止的電學特性。該材料在液氮溫度(77K,-196℃)下出現了超導現象。而在此之前,其他超導材料的工作溫度都在絕對零度(0K,-273℃)附近。圖中所示為一塊磁體漂浮在與它極性相反的強磁場中,而這個磁場是由液氮降溫的銅氧化物超導體產生的。

由於銅氧化物超導轉變溫度(transition temperature)相對較高,它也因此掀起了超導領域的一場革命,促使物理學家重新審視已經被接受的超導理論——BCS理論。 BCS理論指出,當電子對形成的時候,就會有超導電流產生。一個電子從物質中間穿過的時候,就會輕微地拉動該物質帶正電荷的晶格,它後方的正電荷密度就輕微提高了,這個正電荷密度增大的區域就可以吸引另一個電子的到來。這樣一來,這種所謂的“庫珀電子對”的聯繫就變得較弱,不計其數的庫珀對就可以沒有能量損失地流過晶格。不過,BCS理論還預測,一旦溫度超過39K,周圍的熱量就會導致晶格振動過於劇烈,破壞庫珀對的穩定性。

在高壓環境中,銅氧化物甚至可以在164K的溫度下進行超導,遠遠超過了BCS理論39K的極限,因此超導必須一個新的理論來支撐。而鐵基超導材料(超導轉變溫度也遠高於絕對零度,但低於銅氧化物)的發現,或許能為破解高溫超導之謎帶來新的希望。

3、語言

 


當600萬年前人類和黑猩猩從同一祖先沿不同分支向前發展時,我們人類就開始發展出說話的能力——傳播八卦、爭吵、抱怨以及裝腔作勢。然而由於諸如聲帶、喉、舌頭、小舌以及大腦這樣的軟組織並沒能保留在化石當中,所以我們的祖先究竟是在什麼時候進化出說話的能力,以及經過多長時間這種能力才最終被人類掌握,我們不得而知。

其他動物也會交流——土撥鼠警覺的叫聲是在警告其他夥伴周圍有捕食者;飢餓的貓喵喵地叫是告訴它的主人趕緊把食物放下來給牠吃。然而這些動物的“語言”都沒有語法,也缺少複雜性。嬰兒是如何掌握語言能力的?這一爭論從未停歇,然而至今也沒有明確答案。或許正如諾姆·喬姆斯基所說,人類天生就具有“萬能語法”,抑或語言是我們大腦處理信息的一部分。

在喬姆斯基的著作《第一個詞語:追尋語言的起源》中,她問幾個主要研究人員一個問題:如果將嬰兒放在一個孤單上生長,它們還能否發展出語言能力?幾乎所有人都認為,嬰兒會發展出一些交流形式,但是不會形成一套完整“正常的”語言體系。

4、物質戰勝反物質

 


我們在對稱中發現美,但如果不是一個關鍵的不對稱,我們都不可能有機會來欣賞這些美好事物。在粒子碰撞和量子過程中,反物質和普通物質一樣,經常被產生出來。事實上,大爆炸產生的物質和反物質數量應該相等——這可不是一件好事,因為每一塊反物質都會毀滅等量的物質。因此,大爆炸應該產生一個只有光和能量的宇宙,不存在任何固體、液體和氣體。

有可能大爆炸確實創造了足夠多的反物質,它們形成了反恆星、反行星、反星係等等,只不過它們存在於宇宙中與我們隔離的另外一塊區域。不過幾十年來的深空觀測表明,這樣的可能性極小。

因此,一定發生了某種不對稱,讓宇宙的演化朝著物質一方傾斜。這種傾斜並不過分——每出現10億個粒子-反粒子對才會多出一個物質粒子。研究人員已經在物質和反物質的性質之間發現了一種不對稱,稱之為電荷宇稱不守恆,可能已經讓事物的演化偏向了我們的物質世界這一邊。不過,要把這種微小的偏差轉化為過剩的物質,原始宇宙必須經歷一段環境極不平衡的錯亂時期,現在還沒人知道這一過程是如何發生的。

5、超高能宇宙線

 


通常我們認為,亞原子粒子是微小而無害的。但在1991年10月15日,天文學家發現,一顆擊中地球大氣層的粒子攜帶的能量,竟然跟砸到你腳麵上的保齡球不相上下。從那時起到現在,一共有好幾十顆如此“強悍”的粒子擊中地球。不管是什麼東西發射了這些粒子,與它們相比,世界上最強大的粒子加速器——大型強子對撞機與它們相比,簡直就像是孩子手裡的玩具槍。甚至連一顆超新星爆炸都無法完成這樣的粒子加速任務,無論如何,如此高能的粒子應該會在傳播過程中損失能量。

因此,已經有物理學家推測,它們可能涉及到物質的奇異形態及已知物理規律的失效。不過2年前,阿根廷西部的Pierre Auger宇宙線觀測站發現,這些粒子似乎來源於鄰近星系。那些星系中的超大黑洞或超級超新星能夠產生激波,給這些粒子狠狠“踢上一腳”,而且它們距離我們足夠近,粒子還不至於損失太多能量。不過,具體細節仍然不明。

6、左右手使用習慣

 


通常有機分子的中心是一個碳原子,這個碳原子與其他4個原子或者原子團相連。如果至少有兩個這樣的原子(或者原子團)是一樣的,那麼這一結構就是鏡像對稱,它的鏡像就是它自己。如果這4個原子各不相同,這一分子就不對稱,它就會形成截然不同的兩個形態,就像我們的左右手。通常來講,這些不同的形態具有相同的化學機制,然而地球上的生命都只使用其中一個。這並不難理解:形態對於生化反應來說至關重要,不同形態的個體要提供兩種截然不同的鏡像,這對於大腦來說太複雜了。

那麼為什麼地球上的生命會選擇其中之一呢?有些人認為這只是機率問題,但也有人認為,這種選擇是我們追尋生命起源的一個線索。水晶能夠將這兩種形態分開,那麼或許水晶可以為我們研究原始生命提供一個支架。抑或生命的架構來自於外星世界,不同形態是由偏振光篩選出來的。

7、性別的起源

 


性別為什麼會存在?換句話說,男性為什麼會存在?若不是Y染色體(Y染色體只包含數十個基因,而X染色體則包含2,000到3,000個基因)引起了男性特徵,所有的人類胚胎都將成為按一個固定默認的發展,最後都變成女性。

最早的生命都是無性繁殖的,但是,至少在10億年前,性別就出現了。今天,我們很難找到一種多細胞機體不是有性繁殖的。當然,有些生物同時具備兩種生殖方式,比如生長在印度尼西亞科莫多島巨蜥(Komodo dragon)就具備單性生殖能力。但是,性別是如何產生、進化並一直延續下來,其中的原理還沒有完全破譯。如果所有生命都是平等的,那麼無性生殖的生物的發展肯定要快過與其競爭的有性生殖的生命,直至這些有性生殖生命滅絕。因為,無性生殖的生命不需要花費時間來和能量來尋找伴侶,並設計出更好的方法來吸引異性。

幸虧所有生物並非完全平等,有性生殖的生物要在生存競爭中活下來,就必須具備更高的適應性。毫無疑問,有性生殖可以更好地混合基因庫,但是目前科學家還不清楚這些混合是如何進化出適應性的。也許這種混合在清除或者屏蔽基因突變方面比無性生殖的生物更強,而這些被屏蔽的突變中的絕大部分都是有害的。或者,性別使機體具備具備防禦基因,因此可以更好的避免寄生蟲以及它們帶來的疾病。

8、質子自轉

 


質子有一個屬性叫做自旋,這一量子物理量對應到我們日常生活中,就是人們更為熟悉的旋轉。不過,質子自旋不同於陀螺自轉,它決定著質子和其他粒子之間的磁相互作用,正是這一性質讓磁共振成像技術(MRI)得以實現。

質子自旋的大小總是相同的,按歸慣例被設定為1/2。為了理解這一點,你可以認為質子的自旋直接來源於構成質子的三個夸克:兩個上夸克(每個自旋為1/2)和一個下夸克(自旋–1/2,因為它的自旋指向相反方向)。把這些夸克的自旋加在一起,就得到了質子自旋1/2。與此類似,中子自旋也可以通過類似方式相加得到(中子由一個上夸克和兩個下夸克構成)。

不過,粒子加速器實驗證明,上面這種簡單的說法是錯誤的。 20世紀80年代,物理學家用高能電子和其他粒子來撞擊質子並反彈回來;這些粒子的偏轉角指明了每個質子內部的自旋。這些實驗證明,夸克自旋最多只佔質子自旋的30%。為了解決這一“自旋危機”,物理學家開始檢驗其他可以產生自旋的因素,比如將壓克粘在一起的膠子、夸克在質子內部的軌道運動,以及瞬間出現的虛夸克等。多虧了幾年來的實驗和計算,許多線索正變得越來越清晰,但物理學家仍然無法完全解釋質子自旋從何而來。




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這些問題真的很難搞懂捏

搞懂就真的厲害了

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發表於 2009-9-6 17:54:48 |顯示全部樓層
解題只是時間長短''

有朝一日''

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發表於 2009-9-6 18:17:32 |顯示全部樓層
神奇的知識!
我從以前就常常對這些東西感興趣啦!
像是反物質啦!暗物質!第4第5第6空間之類的!

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發表於 2009-9-6 18:55:25 |顯示全部樓層
最近到某居士家…(其實在網路認識很久了…陪我走出傷痛的人)當時他送了我一本書…
裡面有說到…金字塔的迷失…裡面說到古文明比我們還先進…但………我們不是也創造了比古文明先進的東西嗎??比方…電腦…led燈…手機…飛機…那裡面提到…說…若是用不到…我去做那個不是很奇怪嗎??
比方…金字塔的面積可以住的人……我就算有錢…也用不到那麼高的樓房就算開工廠…我也用不到那麼大面積= =???
那話又說回現代了…若是沒機車腳腳踏車…就會難走路了…以前沒腳踏車耶…
生活模式的不同就會有不同的方式…不要給我駱駝=3=
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熾天使(九級)

醉翁之意不在酒

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發表於 2009-9-6 20:16:09 |顯示全部樓層
這些問題真的很深奧

留給科學家們去探索

感謝分享

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狀態︰ 離線
發表於 2009-9-6 23:05:35 |顯示全部樓層
那個左右手可能是天生   也有可能是後天的   

例如要上幼稚園時   爸媽就有可能教導小孩   要用右手   (我曾聽過有父母監視小孩  不讓他使用左手寫字)
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