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雖然今天科學已經有了飛躍式發展,但我們仍有許多重要的難題沒有找到答案。例如:生命從何時開始?受精卵如何變成人?為什麼我們需要睡眠?「冰河期」是如何出現的?為什麼我們會死亡?科學家挑選了 10 個目前仍然找不到答案的科學問題,以及科學在這些領域的探索和發現。科學家們相信,在 21 世紀這些問題也許有望破解。

 

1.時間是一種幻覺麼?

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「柏拉圖」(Plato) 認為「時間」(Time) 是持續不斷的,「伽利略」(Galileo) 對這種觀念表示懷疑,並計算出如何用圖表進行表示,所以他能夠在物理學領域做出重要的貢獻。「愛因斯坦」(Albert Einstein) 則說「時間」是另一種「度」(Dimensions),是除了上下、左右、前後之外的「第四維」(4D)。「愛因斯坦」說,我們對於「時間」的理解是基於它與環境的關系。古怪之處在於,你行進的越快,「時間」就過的越慢。他的理論能夠做出最根本的解釋:過去、現在和將來僅僅是想象構成的,任何事都是由大腦創立的,並不會立即發生。

「愛因斯坦」統一的時空概念理論上行得通,但實際卻很難辦到。「時間」作為「第四維」,不像其他維那樣———其中一個原因,我們只能沿著時間軸朝一個方向走。

 

2.受精卵如何變成人?

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想象一下,你將 1 英寸寬的黑色方塊放在一塊空地上,突然這個方塊開始自我複製,1 變 2,2 變 4,4 變 8,8 變 16……這些增殖擴散的方塊開始形成一些建築———圍欄、拱門、牆壁、管道等。一些方塊變成了電線、「聚氯乙烯」(Polyvinylchlorid) 管道、鋼筋建材、木頭柱子,一些變成了牆板、鑲板面、地毯和玻璃窗。電線開始自動連接成一張複雜無邊的網絡。最後,一幢 100 層高的摩天大樓拔地而起。

這就是「受精卵」變成人的一個形象比喻,但是,小方塊怎麼知道如何建造大樓呢?「細胞」(Cell) 怎麼知道如何造人〔或任何生物〕呢?生物學家過去認為「細胞」的「蛋白質」(Protein) 以某種方式攜帶著造人的說明書,但現在看來,「蛋白質」更像建造人體大廈的磚磚瓦瓦,或是沒有任何建造計劃的泥瓦匠,並不像攜帶著建造藍圖的設計師。如何形成組織器官的方法一定被寫在細胞的 DNA 上,但是還沒有人知道如何將這些信息讀取出來。

 

3.為什麼我們需要睡眠?

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「如果你偷懶打瞌睡,你就會失去很多」,這是一個慣常聽到的諺語,但是如果生命中沒有「睡眠」(sleep) 的話,將是一件十分恐怖的事情。所有哺乳動物都需要「睡眠」,如果剝奪「睡眠」,我們會很快死,比禁食死得更快。為何如此?沒有人知道答案。

有人說,「睡眠」可以使身體得到休息,但是「坐著不動看電視」不是也可以使身體得到休息麼?看來這不能解釋「睡眠」的必要性。一種主要的理論認為,我們清醒的時候,大腦中會不斷產生某種致命的物質,越積越多,只有「睡眠」才能夠將它們打掃乾淨  ;或者也能這麼解釋,大腦中有某種生存必須的物質,清醒時會逐漸被消耗掉,只有「睡眠」才能補充這種物質。這麼解釋的話,「睡眠」就有意義了。以第一種解釋來分析,夜間,大腦進入休息狀態,逐漸恢複能量,進入慢波「睡眠」狀態。這時,大腦沒有什麼負擔,可以集中進行垃圾清理工作。

 

4.為什麼安慰劑會起作用?

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「哥倫比亞大學」(Columbia University) 神經科學家 Wegler,為了研究「安慰劑」(Placebo) 的功效〔現代醫學最為神秘的一種現象〕,他用短促的電脈衝對實驗者進行刺激。最近的一次實驗中,Wegler 及其同事用刺激的方法對腕關節進行了 24 項測試。研究員將一種惰性奶油塗於實驗者手腕上,告訴他們裡面含有「止痛劑」,當科學家發出下一組脈衝時,8 項測試結果表明疼痛得到顯著減少。平無奇的奶油就可以使強烈的電刺激效果變得緩和許多,那「安慰劑」作為現代醫學最好的藥物,又是怎麼產生作用的呢?研究表明,在對因「高血壓」(Hypertension) 和「帕金森病」(Parkinson's disease, PD) 引起的精神不振病人的實驗中,30% 到40% 的病人在服用了「安慰劑」後稱感覺良好。「安慰劑」都能產生如此神效,真是令人難以相信。

最近一次研究,「休斯敦退役軍人醫療中心」(Houston Veterans Affairs Medical Center) 的醫生們對一組患有「關節炎」(Arthritis) 的病人做了膝關節內窺鏡手術,需要削去一些膝蓋骨並去除膝關節積水;另一組假裝做膝蓋手術並進行包紥。結果疼痛報告顯示結果一樣。Howard Bodi 是得「德薩斯州大學」(University of Texas) 醫學院的教授,並發表過相關方面的著作,他說:『安慰劑雖然不能起死回生,但大量的實驗表明,安慰劑至少可以在一定程度上發揮療效,而且不會有副作用。』

 

5.森林是減緩還是加速全球變暖的速度?

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每個人都知道森林有助於環境的改善。樹木在生長的過程中會吸收導致全球變暖的罪魁禍首「二氧化碳」,樹木越大,數量越多其吸收「二氧化碳」的數量也就越多。所以森林是防止全球變暖的一個很好的調節劑。但儘管植物在大量吸收「二氧化碳」,但地球仍在不斷升溫。於是產生了這樣一個「悖論」(Paradox)---- 森林並不能減緩氣候的變化,但隨著森林不斷遭受毀壞,全球變暖形式將變得更為嚴峻。

我們不知道以後將會怎樣,因為我們對森林本身了解的太少。科學家估計,在所有物種中,有一半的物種生活於森林的這個三維迷宮的樹冠層,其中的絕大部分在我們的視線之外。實際上沒有說清楚在地球的任何一個地方,指定任何一個高度的 1 立方米的樹冠層中生活有哪些物種。

「佛羅里達州新學院」(New College of Florida) 的樹冠科學家 Magurite Roman 說:『在你至少知道森林中生活有哪些物種後,你才能有可能知道更多有關森林的一般性問題。這不僅僅是給它們命名的問題。我們需要知道哪些是常見物種,哪些是稀有物種,這些物種在做什麼,在弄清楚這些後我們才能進入下一階段的研究,弄清森林和地球氣候之間的交互關係。』

 

6.生命從何而來?

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「物競天擇,適者生存」,自然選擇學說解釋了生物體為了適應環境的改變,是如何進化來而的。但「達爾文」(Charles Robert Darwin) 的理論卻不能解釋第一個生物體是如何產生的,這看來仍是一個深深的謎團。是死氣沉沉,沒有任何生命跡象的化合物最初創造了生命麼?沒有人知道。第一個生命體是如何產生出來的呢?大自然甚至連一點點微小的暗示都沒有。

隨著時間的流逝,這個謎團越藏越深。畢竟,如果以原始的自然條件就可以創造生命的話,那麼如今先進的實驗室環境應該也能,或者應該非常容易地創造出生命,但是迄今為止所有的實驗都以失敗告終。國際「諾貝爾獎」(Nobelprisen) 和來自國際基因工程的 100 萬美元的獎勵正在等待研究員在實驗室環境下創造生命,但至今仍無人能問津。

一些研究人員認為,早期的地球環境存在某種神秘的物質,可以將化合物變成生命,但現在這種物質已經永遠的消失了。也有一些研究員提出了與 RNA 有關的解釋,一些含有 RNA 的物質先形成,再以其為模板制造 DNA,但這不能解釋第一個 RNA 是哪裡來的。

是「上帝」或其他高等生物創造了生命麼?我們起源於另外的星球,是被「外星人」運到地球的麼?除非生命起源的問題完全被搞清楚,不然這些問題永難得到解答。

 

7.冰河期是如何出現的?

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科學家稱,小規模的「冰河期」每 2—4 萬年發生一次,大規模的每 10 萬年左右發生一次。但他們並不知道真正原因。現行的 1920 年由「塞爾維亞」(Srbija) 工程師 Milutin Milankovitch 提出的理論認為,地球軌道的不規則性改變了它所吸收能量的多少,導致地球突然冷卻。雖然這個理論與短期「冰河期」發生的時間相吻合,但仍舊存在一個很大的不足。在過去的數十年中,研究表明地球軌道的不規則性對地球所吸收太陽能的影響只佔其中的 1% 或更少,這個微小的影響不可能使地球的氣候產生重大突變。「密歇根大學」(University of Michigan) 的地質和氣候學家 Henry Pollack 說:『令人不解的是,是什麼在扮演著放大這一作用的角色,是什麼以一小數量的太陽能的變化產生了巨大的冰河作用?』

對冰層和海床巖石的研究表明,溫度的升降與溫室氣體的濃度密切相關。但這是一個雞和雞蛋的問題。「二氧化碳」(carbon dioxide) 含量的增多和減少是氣候變化的原因還是氣候變化的結果?如果是氣候變化的原因,是什麼導致了這種變化?如果能弄清這一點,就可大大幫助我們搞清目前「全球變暖」問題以及如何解決這一問題。但正如「俄亥俄州」(Ohio) 的地質學家 Matthew Saltzman 所指出的那樣,『我們需要知道溫室氣體在史前時代波動的原因,但我們並不知道這一點。』

 

8.為什麼一些疾病會流行起來?

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一種流行性疾病———全國性爆發的疾病———實際上只是一種病原體鴻運當頭的外在表現。畢竟「細菌」想要我們人類所想要的一切。「細菌」世界的成功意味著要使許多的人受到它的感染,它們不斷生殖,然後使更多人受到感染。「細菌」如何實現感染的效率取決於它們是怎樣工作以及它們的攻擊對象———人類———抵抗能力如何。例如,HIV 病毒喜歡性濫交,卻又裝正經的人群,人類喜歡性交,但卻不喜歡談論安全套。另一方面,那些性濫交的人卻不會受到 Ebola 病毒的感染。所以文化的改變就像是乘坐噴射飛機旅行,會使一些人群更容易受到某種之前所含有的疾病的攻擊。

「細菌」中的變化,比如說如果「禽流感病毒」(H5N1) 從人類「基因」中獲得正確的「基因」就好像菠菜對於大力水手。但是沒有人知道如何預測何時那些「細菌」會在人群中暴發,所以不要忘記經常洗手。

 

9.為什麼我們會死亡

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當物理學家被問到事物為何滅亡這種問題時,他們會毫不猶豫的回答說這符合「熱力學第二定律」(Second Law of Thermodynamics)。任何事物無論它是礦物質、植物或動物,也不管它是一輛淩志汽車、一個貝殼還是細胞壁上的一個「蛋白質」分子,最終都會分解滅亡。這種現象發生在人類身上就是使人變老死亡,這也是生物學家的一個研究課題。人變老的原因可能因為 DNA 遭到了「自由基」(Free Radical) 的損害,也可能是因為「染色體端粒」(Telomere) 發生萎縮。就像科學家所稱的那樣,「染色體端粒」會隨著每次「細胞」(Cell) 分裂而變小。當「染色體」縮小到一定長度,「細胞」就會開始凋衰甚至死亡。

但是若想獲得生命何時終結的最佳解釋,我們還要求助於生態學家,但他們也只是有一種粗略地計算壽命的辦法。基本上說,物種的體形越大,它們體內的能量轉換就會越慢,新陳代謝的速率就會越低,而生命也會越長。動物的新陳代謝速度很快,也可以很慢。「亞利桑那州立大學」(Arizona State University) 的 Brain Enquist 教授說:『如果你拿起過一隻小老鼠的話,就會發現它的身體幌動得很厲害,而且它的心臟跳得也很快。但藍鯨的心就像一個緩慢的音樂節拍器,跳動的聲音就像教堂鍾聲響起的時候那樣慢。』

然而兩者在整個生命過程中心的跳動總次數卻是差不多,都是大約 1 億次,但是老鼠只用兩年時間就完成了這個跳動任務,而藍鯨卻要用大約 80 年的時間。Enquist 說:『有一種不變的東西:所有生物的能量生命指數幾乎都是相同的。』雖然很多動物的體形比人類要大,但是壽命比我們長的動物卻很少。為什麼重量相對較輕的我們可以有這麼長的壽命?到現在仍是沒答案!

 

10.為什麼不能準確預測數十年後天氣

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數十年前,幾天後的天氣預報也是完全不可信的,但現今先進的電腦模型令預報一周後的天氣較以前準確。這對計劃如何制定一個旅行計劃或是否租用一個大帳篷來舉行一個婚宴是一個好消息。但是當你想建立一個電腦模型來預報數十年後或數世紀後的天氣時,問題又出現了..........

1961 年,氣象學家 Edward Lorenz (在進行一項電腦天氣模擬,決定對其中的一個參量採用四捨五入進行計算。這個小小的變化完全改變了天氣模型。也成為後來著名的「蝴蝶效應」(The Butterfly Effect):一隻蝴蝶在巴西扇動翅膀會在美國得克薩斯州引起一場風暴。Lorenz 的這種想法創立了「混沌理論」(Chaos theory),啟發氣象學家將盡可能精確的數據輸入電腦模型以增長他們的預測區間。但是即使極為精確的數據也不能使我們獲得精確的長期性預測結果。

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