|
2011年02月09日 07:56 來(lái)源：鳳凰網(wǎng)科技 據(jù)美國(guó)《大眾機(jī)械》雜志網(wǎng)站報(bào)道，早在2000年，美國(guó)《大眾機(jī)械》雜志網(wǎng)站曾經(jīng)列舉出科學(xué)領(lǐng)域最深?yuàn)W難解的八大謎團(tuán)，并且估計(jì)這些難題可能至少要到22世紀(jì)初才有可能得到答案。如今十年過(guò)去了，該網(wǎng)站近日再次對(duì)這八大科學(xué)謎團(tuán)的研究情況進(jìn)行了綜述。 1. 人類能否治愈癌癥？ 
人類能否治愈癌癥？ 2010年大約有150萬(wàn)美國(guó)人被診斷出癌癥，其中三分之一最終被癌癥奪去了生命。飲食習(xí)慣、吸煙以及其他環(huán)境因素和生活方式的選擇是導(dǎo)致癌癥多發(fā)的重要原因，甚至比遺傳因素更重要。在過(guò)去十年中，盡管由各種惡性疾病引起的死亡率下降了幾個(gè)百分點(diǎn)，但某些癌癥，如惡性黑素瘤、白血病、胰腺癌以及腎癌等發(fā)病率卻呈上升趨勢(shì)。同時(shí)，化學(xué)治療、放射性治療以及手術(shù)治療等手段治療效果仍不樂(lè)觀。 目前，阻擊癌癥發(fā)病的最新策略是找到病毒感染的機(jī)制。美國(guó)路易斯維爾大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家保羅-埃瓦爾德認(rèn)為，到2050年有95%的癌癥患者都將被證明是由感染引起的，而現(xiàn)在這一數(shù)字僅為15%到20%。科學(xué)家們已經(jīng)知道，肝炎病毒與肝癌有關(guān)，人類乳頭瘤病毒可能導(dǎo)致宮頸癌、直腸癌、陰莖癌、腦癌、頸椎癌等多種癌癥，而幽門螺桿菌感染可能會(huì)引起胃癌。埃瓦爾德表示，鑒于病毒是癌癥發(fā)病的主要誘因之一，如果能夠繪制出完整的病原體圖譜，則有助于人類最終克服癌癥。由于病毒已經(jīng)進(jìn)化成為目標(biāo)基因，參與到細(xì)胞分裂過(guò)程中并劫持這些細(xì)胞，最終這些病毒在宿主中站穩(wěn)了腳跟。病毒本身也許并不是引起突變的必要因素，但是它們卻能夠使得細(xì)胞更加脆弱，從而更容易發(fā)生突變。 根據(jù)這種說(shuō)法，更多地使用疫苗，合理使用抗生素以及提高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，或可以降低癌癥發(fā)病率。2006年獲批生產(chǎn)的人類乳頭瘤病毒疫苗Gardasil則是攻克癌癥堡壘的重要一步。埃瓦爾德表示，“安全治愈和預(yù)防癌癥最理想的方式就是識(shí)別和鎖定它們的感染誘因。如果在醫(yī)學(xué)上能夠做到這一點(diǎn)，那就是控制感染。” 2. 人類是否能長(zhǎng)生不老？
人類是否能長(zhǎng)生不老？ 常識(shí)告訴我們，人類都無(wú)法逃避最終死亡的命運(yùn)。但是，人們總是不愿意面對(duì)這一黑暗的真相，他們更愿意相信神話中長(zhǎng)生不老的說(shuō)法。普通人似乎更傾向于對(duì)所謂“青春之泉”的追求，在科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有人在不斷探索。 科學(xué)家們也在致力于研究許多化合物的特性以尋找延長(zhǎng)生命的要素，如白藜蘆醇(葡萄中發(fā)現(xiàn)的一種物質(zhì))、雷帕霉素(提取于復(fù)活節(jié)島上一種細(xì)菌)和由p21基因組成的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)能夠在細(xì)胞中抑制其他蛋白質(zhì)形成淀粉斑，而這種物質(zhì)與阿茨海默癥有關(guān)而且可能會(huì)促進(jìn)癌癥的發(fā)病。據(jù)報(bào)道，2000年塞內(nèi)克斯生物科技公司正在研制某種藥物，這種藥物可以實(shí)現(xiàn)某種程度上的抑制作用。研究人員還繼續(xù)對(duì)一種名為端粒酶的酶進(jìn)行深入分析，這種酶可以減慢端粒的萎縮進(jìn)程。端粒是一種DNA序列，會(huì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中逐步變短直到細(xì)胞最終變異或死亡。2009年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了端粒和端粒酶工作原理的發(fā)現(xiàn)者。近期的研究發(fā)現(xiàn)也驗(yàn)證了端粒酶的功能。《自然》雜志于2010年11月公開的一項(xiàng)研究中，老鼠被抽取端粒酶后再被植入，這一過(guò)程發(fā)生了奇跡般的返老還童現(xiàn)象。從技術(shù)上講，數(shù)年前人們就可以通過(guò)各種方式提高體內(nèi)端粒酶的水平，但這種技術(shù)至今未得到臨床評(píng)估。同時(shí)，兩種在人類身上試驗(yàn)的化合物已于今年投入使用。這兩種化合物分別是SIRT1和STACs，是兩種合成催化劑，它們可以模擬熱量限制效應(yīng)。在多個(gè)物種身上進(jìn)行的試驗(yàn)表明，這種效應(yīng)可以放慢新陳代謝速度，緩解老化進(jìn)程。據(jù)美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院病理學(xué)家大衛(wèi)-辛克萊爾介紹，進(jìn)行試驗(yàn)的物種包括酵母、靈長(zhǎng)類動(dòng)物等。 不過(guò)，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病學(xué)教授杰伊-奧爾沙恩斯基則認(rèn)為，克服老化問(wèn)題并不能僅僅通過(guò)一種藥物實(shí)現(xiàn)。奧爾沙恩斯基表示，“白藜蘆醇、端粒酶和p21基因，在很大程度上只是流于表面。在過(guò)去10年中，沒(méi)有任何藥物能夠干涉并緩解人類衰老問(wèn)題。”奧爾沙恩斯基堅(jiān)持相信，百歲以上的老人的基因有一個(gè)特別的功能，那就是可以限制老化進(jìn)程。“新英格蘭百歲老人研究”是全球最大型的專門研究高齡老人的計(jì)劃，該項(xiàng)目目前正在對(duì)大約1600名百歲老人及數(shù)百名他們的子女進(jìn)行跟蹤研究。奧爾沙恩斯基并沒(méi)有參與到該項(xiàng)研究中，但他認(rèn)為，“這項(xiàng)研究之所以如此令人興奮，是因?yàn)槲覀冞�沒(méi)有在許多物種上看到結(jié)果，我們期待能夠看到人體也能夠像老鼠那樣出現(xiàn)緩解衰老現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)巨大的理論飛躍。關(guān)于長(zhǎng)壽的秘密似乎正在向我們走來(lái)。” 科學(xué)家們認(rèn)為，最終“青春之泉”可能不是通過(guò)化學(xué)或生物方法實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的。未來(lái)主義者雷-庫(kù)爾茲維爾曾經(jīng)預(yù)言，納米科技可能是實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)不老的手段之一。基于納米技術(shù)的微型機(jī)器人可以深入到我們?nèi)梭w內(nèi)部修復(fù)受損的器官和組織，從而延長(zhǎng)患者的生命。 3. 人類能否創(chuàng)造生命？
人類能否創(chuàng)造生命？ 人類至今仍無(wú)法確切知道生命是如何起源于地球的，或者甚至不知道地球生命是否起源于其他星球，或許是彗星把它們帶到了地球之上。但是，從目前情況看，人類已經(jīng)很好地了解了生命的必要成份以及它們所形成的生物分子結(jié)構(gòu)，也知道了這些結(jié)構(gòu)是如何組成一個(gè)整體的。但是，如何創(chuàng)造生命，人類認(rèn)識(shí)仍然很模糊。 從零開始創(chuàng)造生命，這一領(lǐng)域的研究最大進(jìn)展是由著名遺傳學(xué)家克雷格-溫特爾于2010年5月取得的。溫特爾和他的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了首個(gè)合成有機(jī)體。科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中利用化學(xué)物質(zhì)制造了一整個(gè)基因組，然后將這個(gè)合成基因組植入到一個(gè)空細(xì)胞中。接下來(lái)，這個(gè)細(xì)胞根據(jù)植入的基因指令開始自我復(fù)制和修正。 這個(gè)人造的生命形式，被稱為“綜合體”。由于它需要以一個(gè)自然的、先前存在的有機(jī)體提供的殘留細(xì)胞機(jī)制為基礎(chǔ)，因此，科學(xué)轉(zhuǎn)了一圈又回到了原地踏步。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)生物倫理學(xué)家亞瑟-卡普蘭認(rèn)為，“溫特爾并沒(méi)有真正創(chuàng)造出生命。但是，他的研究表明，一個(gè)人造基因組可以為細(xì)胞提供動(dòng)力，從而向真正的人造生命邁進(jìn)了關(guān)鍵的一步。” 4. 是否存在靈魂？
是否存在靈魂？ 隨著創(chuàng)造生命體的研究取得進(jìn)展，將來(lái)能夠定義一個(gè)個(gè)體的唯一性的方法或許就是該個(gè)體擁有的思維等精神方面的特征。這也引出了一個(gè)永恒的話題，即人類是否存在靈魂，如何定義靈魂？一項(xiàng)神經(jīng)理論學(xué)調(diào)查計(jì)劃正在致力于解決這一謎團(tuán)。 《神經(jīng)理論學(xué)原理》的作者、神經(jīng)學(xué)家安德魯-紐博格和他的研究團(tuán)隊(duì)目前正在對(duì)中國(guó)西藏的僧侶、佛教的尼姑和基督教徒的大腦進(jìn)行掃描研究，而這些人都是從事冥想等精神方面的事業(yè)。十年前，紐博格就已開始對(duì)130人的大腦進(jìn)行研究，研究人員將繼續(xù)對(duì)那些涉及宗教和精神狀態(tài)的大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更廣泛的研究。紐博格認(rèn)為，通過(guò)發(fā)現(xiàn)大腦是如何從事宗教方面的活動(dòng)的，神經(jīng)理論學(xué)或許可以解答大腦和身體功能與靈魂活動(dòng)之間的聯(lián)系。 此外，還有一些科學(xué)家還試圖從量子力學(xué)角度分析意識(shí)和靈魂的產(chǎn)生，而傳統(tǒng)的意識(shí)結(jié)構(gòu)是基于典型的物理學(xué)，即我們的思維形成于由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)亞利桑那大學(xué)意識(shí)研究中心主任斯圖亞特-哈梅洛夫表示，“大多數(shù)人認(rèn)為意識(shí)源自大腦神經(jīng)元的連禱計(jì)算。”哈梅洛夫和合作者羅杰-朋羅斯提出了一種量子意識(shí)理論，即Orch OR理論。這種量子意識(shí)理論為微型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)重要功能，即“微管”。這種所謂的“微管”組成了我們細(xì)胞內(nèi)部的“骨架”。該理論認(rèn)為，意識(shí)也依賴于大腦神經(jīng)元內(nèi)部微管的量子計(jì)算。 5. 是否存在外星生命？
是否存在外星生命？ 許多天文學(xué)家都聲稱，地球之外肯定存在外星生命。但是，當(dāng)被問(wèn)起人類究竟何時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)外星生命時(shí)，他們又表示可能性很小。近期的一些發(fā)現(xiàn)似乎又讓許多激進(jìn)的人看到了尋找外星生命的希望。 從概率的觀點(diǎn)看，我們發(fā)現(xiàn)的恒星越多，行星也就越多，因此外星生命存在的可能性就越大。去年下半年，研究人員發(fā)現(xiàn)宇宙中的恒星數(shù)量比此前估計(jì)的要多得多。一些看起來(lái)很暗淡、低質(zhì)量的紅矮星盡管并不是孕育生命的理想場(chǎng)所，但它們適合成為宜居行星的主星。紅矮星Gliese 581的發(fā)現(xiàn)令天文學(xué)家們興奮不已。去年四月，天文學(xué)家聲稱在這顆近鄰星球周圍發(fā)現(xiàn)了第六顆系外行星。這顆系外行星被認(rèn)為是第一顆位于宜居帶的行星。Gliese 581g行星的質(zhì)量可能是地球的3到4倍，半徑大概相當(dāng)于地球的1倍到1.5倍。如果能夠證實(shí)該行星是巖質(zhì)的，則很有可能成為一處宜居住所。不久前，美國(guó)宇航局發(fā)布了一項(xiàng)爭(zhēng)議性的發(fā)現(xiàn)，即一種細(xì)菌可以用砷來(lái)代替磷作為自己的DNA組成物質(zhì)，而砷則對(duì)于大多數(shù)生命都是有毒的。這一發(fā)現(xiàn)引起了廣泛的爭(zhēng)論，因?yàn)榇饲半y以想象生命竟然如此多樣化。“搜尋外星智能”計(jì)劃資深天文學(xué)家塞斯-什斯塔克表示，“無(wú)論身處何地，生命總能找到東西吃。” 數(shù)年來(lái)，天文學(xué)家們一直在致力于尋找類地行星。最近，天文學(xué)家聲稱他們發(fā)現(xiàn)了首顆巖質(zhì)系外行星，這顆行星大小大約是地球的1.4倍。預(yù)計(jì)于2015年發(fā)射升空的“詹姆斯-韋伯”望遠(yuǎn)鏡將為天文學(xué)家提供更清晰的外星世界視角。 6. 光速是否已成為速度極限？
光速是否已成為速度極限？ 如果真的存在外星生命，那么以目前的情形看，與他們的通信或者去拜訪他們，將面臨重重困難。最不樂(lè)觀的就是速度問(wèn)題。近年來(lái)，科學(xué)家們也一直在致力于超光速的研究。相對(duì)于理想中的“超光速”，現(xiàn)有的旅行速度太慢了。 自20世紀(jì)初起，我們的理論一直受制于愛因斯坦驗(yàn)證的光速極限，即每秒186282英里(約合每秒30萬(wàn)公里)。即使我們把宇宙飛船加速到這一速度，到達(dá)距離我們最近的恒星系統(tǒng)半人馬座阿爾法星(距離我們大約4.3光年)并返回，也需要近十年時(shí)間。此外，宇宙飛船本身還要考慮能量限制。因此，必須要實(shí)現(xiàn)突破光速極限才有可能實(shí)現(xiàn)這些目的。近年來(lái)科學(xué)家們實(shí)施了許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，比如由美國(guó)普林斯頓大學(xué)科學(xué)家王利軍(Lijun Wang)于2000年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和德國(guó)科學(xué)家于2007年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都取得了一定的進(jìn)展。最初，科學(xué)家們堅(jiān)信沒(méi)有任何物質(zhì)或信息能夠突破光速，但光脈沖卻能夠做到。在真空狀態(tài)下，在不同位置測(cè)到的光脈沖似乎以一種難以置信的速度在傳播。不過(guò)，這一速度仍然無(wú)法對(duì)我們太空旅行提供太大的幫助。2007年的實(shí)驗(yàn)仍然存在爭(zhēng)議。 貝勒大學(xué)物理學(xué)教授杰拉德-克利弗爾認(rèn)為，在“量子糾纏”現(xiàn)象中，信息的傳播速度似乎比光速快。2007年和2008年的兩次實(shí)驗(yàn)表明，“量子糾纏”的速度至少是光速的1萬(wàn)倍。未來(lái)實(shí)現(xiàn)超光速的方法可能是跳躍到多維空間中，不過(guò)這種方法目前我們還無(wú)法理解。美國(guó)宇航局突破推進(jìn)物理學(xué)計(jì)劃前負(fù)責(zé)人馬克-米利斯現(xiàn)致力于研究星際旅行，他表示，“肯定還有我們沒(méi)發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)領(lǐng)域。”米利斯舉例指出，暗物質(zhì)和暗能量或許能夠?yàn)槲覀儙?lái)曙光。 7. 能否實(shí)現(xiàn)時(shí)光穿越旅行？
能否實(shí)現(xiàn)時(shí)光穿越旅行？ 由于突破光速極限至今未能得到真正實(shí)現(xiàn)，穿越時(shí)光旅行似乎更加難以想象。愛因斯坦告訴我們，時(shí)光流逝是相對(duì)的。距離巨大物體(如地球)中心越遠(yuǎn)，時(shí)間過(guò)得越快。太空中衛(wèi)星上的時(shí)鐘必須對(duì)這種誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，盡管誤差很小，但卻真實(shí)存在。此外，這種效應(yīng)在不同的高度是可以察覺(jué)的。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局去年兩次實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了這種理論。因此，我們的大腦比心臟要老化得更快，雖然在人的一生中大腦的年齡僅比心臟年齡大900億分之一秒。 科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)物體越接近光速，時(shí)間對(duì)它來(lái)說(shuō)就會(huì)越慢。因此，一部時(shí)光機(jī)器就可以簡(jiǎn)化為一臺(tái)巨大的離心機(jī)，這部離心機(jī)可以讓一個(gè)人以接近光速旋轉(zhuǎn)。不過(guò)，美國(guó)查普曼大學(xué)量子研究中心主任杰夫-托拉卡森認(rèn)為，這種方式有可能讓離心機(jī)內(nèi)的那個(gè)人四分五裂。美國(guó)亞利桑那大學(xué)宇宙學(xué)家保羅-戴維斯表示，“要想實(shí)現(xiàn)時(shí)光旅行，這只是資金和工程學(xué)的問(wèn)題。人類總有一天會(huì)邁出這一大步。” 8. 能否發(fā)現(xiàn)另一個(gè)宇宙？
能否發(fā)現(xiàn)另一個(gè)宇宙？ 即使我們最終解決了關(guān)于我們本身、地球以及宇宙的所有謎團(tuán)，仍然還有一個(gè)更大的謎團(tuán)等待我們，那就是在我們的宇宙之外是否還有其他的宇宙。 有科學(xué)家根據(jù)物理學(xué)定律的特征，提出了對(duì)等宇宙的說(shuō)法。這種多元宇宙的理論也是量子力學(xué)發(fā)展的一個(gè)必然結(jié)果。科學(xué)家們認(rèn)為，這些其他并存的宇宙或我們之前的宇宙或許會(huì)在深空中留下證據(jù)。英國(guó)牛津大學(xué)科學(xué)家羅杰-朋羅斯和美國(guó)耶里萬(wàn)物理研究所科學(xué)家瓦赫-古爾扎戴安在宇宙微波背景輻射中發(fā)現(xiàn)了他們所說(shuō)的巨型同心圓，這些同心圓可能就是宇宙多次大爆炸并重生留下的證據(jù)。不過(guò)這些中心圓區(qū)域的溫度要低于平均溫度。盡管也有其他研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了這種結(jié)構(gòu)，但朋羅斯研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于宇宙重生留下同心圓的說(shuō)法仍然引起了廣泛爭(zhēng)議。在這十年中，還有一些科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙微波背景的探測(cè)發(fā)現(xiàn)了相似的證據(jù)。因此他們認(rèn)為，可能有其他的宇宙撞擊過(guò)我們的宇宙，從而留下了這些“疤痕”。 |
