一份让科学家绝望的探索名单

2019-01-09 IT新闻网 网络整理
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一份让科学家绝望的探索名单

  

一份让科学家绝望的探索名单

经过几代物理学家不屈不挠的探索,一百年前爱因斯坦广义相对论的最后一个预言———引力波,终于被探测和证明存在。
还有很多事物和引力波一样,科学家们可以肯定它们的存在,但却从未直接发现和证实过,比如最早的生命物质、黑猩猩和人类之间缺失的一环、发出52赫兹声频的鲸鱼、奥尔特云、黑洞……
本刊介绍这份科学探索名单上部分未解之谜,尽管科学家们不能预知要花多大力气和多长时间才能破解这些谜团,但正是它们,一直激发着人类的好奇心和求索精神。
黑洞

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明年启动的全球望远镜网络能否看到黑洞?
在银河系的中心隐藏着一个难以描述的极端天体,我们无法描述它,是因为没有人能看到它。
虽然看不到它,但科学家可以确定它的存在。因为它附近的恒星都在疯狂地绕着一个质量为我们太阳400万倍的物体旋转着,物理学家们将它称之为“黑洞”。
黑洞是密度和质量都非常大的天体,没有一丝光线能逃脱其引力范围。今年2月科学家宣布探测到的引力波,是两个相对较小黑洞合并时产生的涟漪,是黑洞存在的最新的间接证据———比理论假设更有力的证据。 但这引发了一个问题。广义相对论和量子理论是我们理解物理现实的两大基石,可它们对黑洞的解释存在着矛盾。模型表明,随着时间的推移,黑洞会慢慢蒸发直至完全消失,并发射出一种被称为霍金辐射的射线。但被黑洞吞噬的物质和光线都去了哪里?真相是什么?
现在,科学家们准备用一个由世界各地多台射电望远镜构成的网络来探测黑洞,这个被称为“事件视界望远镜”(EHT)的计划,将于2017年全面投入使用。
意识

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我们为什么会有意识?意识究竟是什么?它存于大脑何处?这些问题至今都没有明确的答案。
意识就像一个开关:“打开”时你可以体验周围世界,“关闭”时这些体验也随之消失。但要找到这个让我们的大脑在这两种状态间转换的“开关”却很棘手。
对意识的普遍认同的定义是:当我们进入无梦睡眠时它离开我们,当我们醒来时它又回来的一种东西。但是,哪些大脑活动模式对应于哪些不同层次的意识体验呢?
我们知道某些大脑区域如果遭到破坏或刺激,会引起意识丧失。大脑深处一层薄薄的结构———屏状核,就是其中之一。但描述意识的许多理论,其重点并不在于大脑解剖学上的某个位置。
全局工作空间理论认为,意识来自于外部世界引起大脑关注的信息,例如,响个不停的电话会比其他环境信息更容易引起我们的关注。另外,信息集成理论认为意识是各种数据结合在一起大于其各部分总和的结果。马什奥说,“大脑失去知觉并不一定是因为大脑某些区域处于关闭状态,而是由于大脑信息传递通道受阻。”
不久前一项对麻醉后大脑活动进行扫描的实验也证明了这一理论描述,解释了为什么一种名为氯胺酮的麻醉药物可致人昏迷的原因:这种强力镇静剂可增强促使清醒的大脑区域活动,但却会抑制不同大脑区域之间的信息传递和沟通。
磁受体

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海龟可以感知磁场,并以此确定方向。许多不同的物种,如老鼠、龙虾和果蝇,它们似乎也有类似的能力,但一直没人能在这些动物身上找到磁受体。
研究人员确实在这些动物的大脑里找到了一些线索。2009年,神经学家大卫·迪克曼等人在鸽子实验中,在转换磁场的同时进行大脑成像扫描,结果发现磁场变化时鸽子大脑中有53双神经元随之发生变化。但是,它们是从哪里获取信号的呢?“没有明显的比如像耳朵或鼻子之类的信号接受器官。”牛津大学的彼得·霍尔说。
一种猜测认为,这与隐花色素有关。隐花色素是在许多动物眼睛里发现的一种蛋白质,包括鸟类和鳟鱼。据知,隐花色素产生自由基化学碎片的方式取决于磁场。
但这个解释并非完美。首先,人类眼睛里也有隐花色素,但我们并不具备磁感,此外,我们也不知道自由基如何产生大脑能够解读的信号。
去年,北京大学的研究人员发现了一种可以控制肌肉和神经细胞的磁感应蛋白,难道这才是动物利用磁场找到回家之路的秘密吗?但霍尔对此持怀疑态度。总之,动物如何利用磁场导航,目前仍是一个谜。
原初引力波