八大科學謎團研究進展

八大科學謎團研究進展

據美國《大眾機械》雜誌網站報道，2000年，美國《大眾機械》雜誌網站曾經列舉了科學領域最深奧難解的八大謎團。樂觀地估計，這些科學難題可能至少要到22世紀初才有可能得到答案。如今十年過去了，《大眾機械》雜誌網站近日再次對這八大科學謎團的研究進展情況進行了綜述。這八大科學謎團包括：能否找到外星生命、能否穿越時空旅行、能否治愈癌症等。

　　1. 人類能否治愈癌症？

人類能否治愈癌症？


　　據美國國家癌症研究所介紹，2010年大約有150萬美國人被診斷出癌症，其中三分之一最終被癌症奪去了生命。飲食習慣、吸煙以及其他環境因素和生活方式的選擇是導致癌症多發的重要原因，甚至比遺傳因素更重要。十年前，《大眾機械》雜誌網站曾經認為，預防應該是避免癌症的解決方案之一，但並不是萬能良藥。在過去十年中，盡管由各種惡性疾病引起的死亡率下降了幾個百分點，但從統計數據上看，某些癌症，如惡性黑素瘤、白血病、胰腺癌以及腎癌等發病率卻呈上升趨勢。同時，化學治療、放射性治療以及手術治療等手段治療效果仍不樂觀。

　　目前，阻擊癌症發病的最新策略是找到病毒感染的機製。美國路易斯維爾大學進化生物學家保羅-埃瓦爾德認為，到2050年有95%的癌症患者都將被證明是由感染引起的，而現在這一數字僅為15%到20%。科學家們已經知道，肝炎病毒與肝癌有關，人類乳頭瘤病毒可能導致宮頸癌、直腸癌、陰莖癌、腦癌、頸椎癌等多種癌症，而幽門螺杆菌感染可能會引起胃癌。埃瓦爾德表示，鑒於病毒是癌症發病的主要誘因之一，如果能夠繪製出完整的病原體圖譜，則有助於人類最終克服癌症。由於病毒已經進化成為目標基因，參與到細胞分裂過程中並劫持這些細胞，最終這些病毒在宿主中站穩了腳跟。病毒本身也許並不是引起突變的必要因素，但是它們卻能夠使得細胞更加脆弱，從而更容易發生突變。病毒就是這樣為癌症的發病打開了大門。

　　根據這種說法，更多地使用疫苗，合理使用抗生素以及提高衛生標準，或許可以顯著地降低癌症發病率。2006年獲批生產的人類乳頭瘤病毒疫苗 Gardasil則是攻克癌症堡壘的重要一步。埃瓦爾德表示，“安全治愈和預防癌症最理想的方式就是識別和鎖定它們的感染誘因。如果在醫學上能夠做到這一點，那就是控製感染。”

　　2. 人類是否能長生不老？


人類是否能長生不老？


　　常識告訴我們，人類都無法逃避最終死亡的命運。但是，人們總是不願意麵對這一黑暗的真相，他們更願意相信神話中長生不老的說法。普通人似乎更傾向於對所謂“青春之泉”的追求，在科學和醫學領域都有人在不斷探索。

　　科學家們也在致力於研究許多化合物的特性以尋找延長生命的要素，如白藜蘆醇(葡萄中發現的一種物質)、雷帕黴素(提取於複活節島上一種細菌)和由p21基因組成的蛋白質。這些蛋白質能夠在細胞中抑製其他蛋白質形成澱粉斑，而這種物質與阿茨海默症有關而且可能會促進癌症的發病。據報道，2000年塞內克斯生物科技公司正在研製某種藥物，這種藥物可以實現某種程度上的抑製作用。研究人員還繼續對一種名為端粒酶的酶進行深入分析，這種酶可以減慢端粒的萎縮進程。端粒是一種DNA序列，會在細胞分裂過程中逐步變短直到細胞最終變異或死亡。2009年的諾貝爾醫學獎授予了端粒和端粒酶工作原理的發現者。近期的研究發現也驗證了端粒酶的功能。《自然》雜誌於2010年11月公開的一項研究中，老鼠被抽取端粒酶後再被植入，這一過程發生了奇跡般的返老還童現象。從技術上講，數年前人們就可以通過各種方式提高體內端粒酶的水平，但這種技術至今未得到臨床評估。同時，兩種在人類身上試驗的化合物已於今年投入使用。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製效應。在多個物種身上進行的試驗表明，這種效應可以放慢新陳代謝速度，緩解老化進程。據美國哈佛醫學院病理學家大衛-辛克萊爾介紹，進行試驗的物種包括酵母、靈長類動物等。

　　不過，美國伊利諾斯大學公共衛生學院流行病學教授傑伊-奧爾沙恩斯基則認為，克服老化問題並不能僅僅通過一種藥物實現。奧爾沙恩斯基表示，“白藜蘆醇、端粒酶和p21基因，在很大程度上隻是流於表麵。在過去10年中，沒有任何藥物能夠幹涉並緩解人類衰老問題。”奧爾沙恩斯基堅持相信，百歲以上的老人的基因有一個特別的功能，那就是可以限製老化進程。“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劃，該項目目前正在對大約1600名百歲老人及數百名他們的子女進行跟蹤研究。奧爾沙恩斯基並沒有參與到該項研究中，但他認為，“這項研究之所以如此令人興奮，是因為我們還沒有在許多物種上看到結果，我們期待能夠看到人體也能夠像老鼠那樣出現緩解衰老現象，從而實現巨大的理論飛躍。關於長壽的秘密似乎正在向我們走來。”

　　科學家們認為，最終“青春之泉”可能不是通過化學或生物方法實現的，而是通過技術手段實現的。未來主義者雷-庫爾茲維爾曾經預言，納米科技可能是實現生長不老的手段之一。基於納米技術的微型機器人可以深入到我們人體內部修複受損的器官和組織，從而延長患者的生命。


　　3. 人類能否創造生命？

人類能否創造生命？


　　人類至今仍無法確切知道生命是如何起源於地球的，或者甚至不知道地球生命是否起源於其他星球，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構，也知道了這些結構是如何組成一個整體的。但是，如何創造生命，人類認識仍然很模糊。

　　從零開始創造生命，這一領域的研究最大進展是由著名遺傳學家克雷格-溫特爾於2010年5月取得的。溫特爾和他的研究團隊創造了首個合成有機體。科學家們在實驗室中利用化學物質製造了一整個基因組，然後將這個合成基因組植入到一個空細胞中。接下來，這個細胞根據植入的基因指令開始自我複製和修正。

　　這個人造的生命形式，被稱為“綜合體”。由於它需要以一個自然的、先前存在的有機體提供的殘留細胞機製為基礎，因此，科學轉了一圈又回到了原地踏步。美國賓夕法尼亞大學生物倫理學家亞瑟-卡普蘭認為，“溫特爾並沒有真正創造出生命。但是，他的研究表明，一個人造基因組可以為細胞提供動力，從而向真正的人造生命邁進了關鍵的一步。”


　　4. 是否存在靈魂？

是否存在靈魂？


　　隨著創造生命體的研究取得進展，將來能夠定義一個個體的唯一性的方法或許就是該個體擁有的思維等精神方麵的特征。這也引出了一個永恒的話題，即人類是否存在靈魂，如何定義靈魂？一項神經理論學調查計劃正在致力於解決這一謎團。

　　《神經理論學原理》的作者、神經學家安德魯-紐博格和他的研究團隊目前正在對中國西藏的僧侶、佛教的尼姑和基督教徒的大腦進行掃描研究，而這些人都是從事冥想等精神方麵的事業。十年前，紐博格就已開始對130人的大腦進行研究，研究人員將繼續對那些涉及宗教和精神狀態的大腦結構網絡進行更廣泛的研究。紐博格認為，通過發現大腦是如何從事宗教方麵的活動的，神經理論學或許可以解答大腦和身體功能與靈魂活動之間的聯係。

　　此外，還有一些科學家還試圖從量子力學角度分析意識和靈魂的產生，而傳統的意識結構是基於典型的物理學，即我們的思維形成於由數十億個神經元組成的網絡。美國亞利桑那大學意識研究中心主任斯圖亞特-哈梅洛夫表示，“大多數人認為意識源自大腦神經元的連禱計算。”哈梅洛夫和合作者羅傑-朋羅斯提出了一種量子意識理論，即Orch OR理論。這種量子意識理論為微型的細胞結構增加了一個重要功能，即“微管”。這種所謂的“微管”組成了我們細胞內部的“骨架”。該理論認為，意識也依賴於大腦神經元內部微管的量子計算。

　　5. 是否存在外星生命？

是否存在外星生命？


　　許多天文學家都聲稱，地球之外肯定存在外星生命。但是，當被問起人類究竟何時能夠發現外星生命時，他們又表示可能性很小。近期的一些發現似乎又讓許多激進的人看到了尋找外星生命的希望。

　　從概率的觀點看，我們發現的恒星越多，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，研究人員發現宇宙中的恒星數量比此前估計的要多得多。一些看起來很暗淡、低質量的紅矮星盡管並不是孕育生命的理想場所，但它們適合成為宜居行星的主星。紅矮星Gliese 581的發現令天文學家們興奮不已。去年四月，天文學家聲稱在這顆近鄰星球周圍發現了第六顆係外行星。這顆係外行星被認為是第一顆位於宜居帶的行星。 Gliese 581g行星的質量可能是地球的3到4倍，半徑大概相當於地球的1倍到1.5倍。如果能夠證實該行星是岩質的，則很有可能成為一處宜居住所。不久前，美國宇航局發布了一項爭議性的發現，即一種細菌可以用砷來代替磷作為自己的DNA組成物質，而砷則對於大多數生命都是有毒的。這一發現引起了廣泛的爭論，因為此前難以想象生命竟然如此多樣化。“搜尋外星智能”計劃資深天文學家塞斯-什斯塔克表示，“無論身處何地，生命總能找到東西吃。”

　　數年來，天文學家們一直在致力於尋找類地行星。最近，天文學家聲稱他們發現了首顆岩質係外行星，這顆行星大小大約是地球的1.4倍。預計於2015年發射升空的“詹姆斯-韋伯”望遠鏡將為天文學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，那麽以目前的情形看，與他們的通信或者去拜訪他們，將麵臨重重困難。最不樂觀的就是速度問題。近年來，科學家們也一直在致力於超光速的研究。相對於理想中的“超光速”，現有的旅行速度太慢了。

　　自20世紀初起，我們的理論一直受製於愛因斯坦驗證的光速極限，即每秒186282英裏(約合每秒30萬公裏)。即使我們把宇宙飛船加速到這一速度，到達距離我們最近的恒星係統半人馬座阿爾法星(距離我們大約4.3光年)並返回，也需要近十年時間。此外，宇宙飛船本身還要考慮能量限製。因此，必須要實現突破光速極限才有可能實現這些目的。近年來科學家們實施了許多相關的實驗，比如由美國普林斯頓大學科學家王利軍(Lijun Wang)於2000年進行的實驗和德國科學家於2007年進行的實驗都取得了一定的進展。最初，科學家們堅信沒有任何物質或信息能夠突破光速，但光脈衝卻能夠做到。在真空狀態下，在不同位置測到的光脈衝似乎以一種難以置信的速度在傳播。不過，這一速度仍然無法對我們太空旅行提供太大的幫助。2007年的實驗仍然存在爭議。

　　貝勒大學物理學教授傑拉德-克利弗爾認為，在“量子糾纏”現象中，信息的傳播速度似乎比光速快。2007年和2008年的兩次實驗表明，“量子糾纏”的速度至少是光速的1萬倍。未來實現超光速的方法可能是跳躍到多維空間中，不過這種方法目前我們還無法理解。美國宇航局突破推進物理學計劃前負責人馬克-米利斯現致力於研究星際旅行，他表示，“肯定還有我們沒發現的物理學領域。”米利斯舉例指出，暗物質和暗能量或許能夠為我們帶來曙光。

　　7. 能否實現時光穿越旅行？

能否實現時光穿越旅行？


　　由於突破光速極限至今未能得到真正實現，穿越時光旅行似乎更加難以想象。愛因斯坦告訴我們，時光流逝是相對的。距離巨大物體(如地球)中心越遠，時間過得越快。太空中衛星上的時鍾必須對這種誤差進行校準，盡管誤差很小，但卻真實存在。此外，這種效應在不同的高度是可以察覺的。美國國家標準和技術局去年兩次實驗都證實了這種理論。因此，我們的大腦比心髒要老化得更快，雖然在人的一生中大腦的年齡僅比心髒年齡大900億分之一秒。

　　科學家研究發現，一個物體越接近光速，時間對它來說就會越慢。因此，一部時光機器就可以簡化為一台巨大的離心機，這部離心機可以讓一個人以接近光速旋轉。不過，美國查普曼大學量子研究中心主任傑夫-托拉卡森認為，這種方式有可能讓離心機內的那個人四分五裂。美國亞利桑那大學宇宙學家保羅-戴維斯表示，“要想實現時光旅行，這隻是資金和工程學的問題。人類總有一天會邁出這一大步。”

　　8. 能否發現另一個宇宙？

能否發現另一個宇宙？


　　即使我們最終解決了關於我們本身、地球以及宇宙的所有謎團，仍然還有一個更大的謎團等待我們，那就是在我們的宇宙之外是否還有其他的宇宙。

　　有科學家根據物理學定律的特征，提出了對等宇宙的說法。這種多元宇宙的理論也是量子力學發展的一個必然結果。科學家們認為，這些其他並存的宇宙或我們之前的宇宙或許會在深空中留下證據。英國牛津大學科學家羅傑-朋羅斯和美國耶裏萬物理研究所科學家瓦赫-古爾紮戴安在宇宙微波背景輻射中發現了他們所說的巨型同心圓，這些同心圓可能就是宇宙多次大爆炸並重生留下的證據。不過，這些中心圓區域的溫度要低於平均溫度。盡管也有其他研究團隊證實了這種結構，但朋羅斯研究團隊關於宇宙重生留下同心圓的說法仍然引起了廣泛爭議。在這十年中，還有一些科學家通過對宇宙微波背景的探測發現了相似的證據。因此，他們認為，可能有其他的宇宙撞擊過我們的宇宙，從而留下了這些“疤痕”。

　　歐洲航天局“普朗克”太空望遠鏡將繪製出更詳細的宇宙微波背景圖，或許能夠消除爭議，為這個謎團給出最終的答案


　　　網編：蒲公英