十万个为什么(23)

天問——25個最難找到答案的科學之謎

《科學》雜誌創刊125週年發出「天問」———
這25個問題中，有幾個問題涉及當前全人類面臨的挑戰。比如：能否研製出有效的艾滋病疫苗？溫室效應會將地球加熱到什麼程度？什麼能源、到什麼時候能取代石油？地球能容納人口的上限是多少？還有問題涉及信息學和醫學：傳統計算機的極限在哪裡？我們能否選擇性地「關閉」某些免疫反應？其中，最著名的10個問題分別是：

1. 宇宙是由什麼構成的？

近幾個世紀以來，科學家們已經發現恆星和行星是由普通物質構成的，甚至於人類本身也是，並且宇宙中有5％的事物是由普通物質構成的，其餘的都屬於暗物質與暗能。什麼是暗物質？什麼是暗能？它們在哪裡？科學家希望找到答案。

2. 生物的意識是怎麼產生的？

17世紀的時候，法國哲學家、數學家迪卡爾（1596－1690）宣佈人類的精神和肉體是完全分離的。他將對意識本性的爭論留給了後代的哲學家。當今的科學家們開始挑戰他的這種觀念，一種觀點認為意識來自肉體，來自大腦中的神經元組織。而人類對這些神經元組織的試驗工作剛剛開始，要想結束這樣的爭辯還有待時日。

3. 人的壽命究竟有多長？

近來，一些科學家通過對酵母、蠕蟲、老鼠等動物延長壽命的試驗已經確信，人類不久就可以輕鬆地活過百歲。但也有一些科學家認為人類壽命可能因為受到更多的限制而縮短。不論是否有這種可能，延長人類壽命的研究前景已經深深地影響了整個社會。到底人類能活多久呢？

4. 地球靠什麼運轉？

自具有革命性意義的板塊構造理論問世以來，其理論已經深入人心。探測地球內部構造的科學家，通過使用復雜的工具，對礦物進行研究，通過計算機模擬等手段試圖尋找地球運轉的驅動力，但是迄今還沒有一個令人滿意的解釋。

一個原因是說由地幔對流造成的，但是至今人們無法進行地幔對流運動的直接觀測。也有可能是對地震波速記錄和地震層析成像所間接反應。那麼究竟地球是受什麼驅動的呢？

5. 我們是宇宙中唯一的生命嗎？

從數學概率的角度來說，應該不是。在我們的銀河系就有數百億顆恆星、星雲，而在整個宇宙又有數十億個銀河系。就在我們的附近，科學家們就已經發現了150顆恆星。總之，科學家們說宇宙很可能有許多適合智能生命進化的地方。現在最大的問題是，我們什麼時候才能與這些生命接觸。

6. 地球生命是怎樣出現的?

近來的一些試驗表明地球上最早的生命形式可能是核糖核酸（RNA），不是今天所有生命都是必需的脫氧核糖核酸（DNA）和蛋白質。當一些科學家們聚集在實驗室模擬生命起源的時候，其他的科學家們則致力於研究毫無生命氣息的化學物質是怎樣轉化成地球上的原始生命DNA的。另外還有一些研究員想知道這些原始生命是從哪裡來的，深海熱熔岩液體中、潮汐池，還是隱藏在冰河中？或許火星微生物被在40億年前帶到了地球上吧！

7. 艾滋病疫苗有效嗎？

兩個世紀以前，研究員們把人類免疫缺陷性病毒（HIV）看作引起免疫缺陷綜合病症(AIDS)的原因。艾滋病剛一發現，它100%的死亡率震驚了世界，各國政府及其醫學研究者緊急動員起來，投入到尋找治療艾滋病的藥物的研究工作。自從那時開始，對於抑制艾滋病傳染的疫苗研究就從沒有間斷過。但是至今為止，人類還是沒有找到一種對艾滋病完全有效的疫苗。現在的艾滋病疫苗有效嗎？

8. 世界將會變得有多熱？

科學家們當然瞭解世界正在變暖，也知道人類是引起全球氣候變化的主要因素。在過去的一個世紀內，地球溫度上升了0.6攝氏度，這直接導致了地球上由風暴、洪水、乾旱等引起的各種天災成倍增加。據統計，2000年發生的地球天災數是1996年的兩倍。科學家預測，在21世紀，這些災難數將以6倍的比率增加。最新科學研究結果證明，今年夏季，北冰洋冰塊正在大量融化，這些都將加速地球氣候變暖，使未來的人類在溫室效應的熱浪中「漸漸死亡」。地球究竟會變得有多熱？

9. 代替石油的能源何時出現？

目前，石油價格和人類對石油能源的需求都在不斷上漲，但是石油的探明儲量是有限的，並且石油這一能源給地球環境帶來的污染和影響也是日益突出。因此對於人類來說，用一種新的能源來代替石油已是迫在眉睫了。新的能源應是可持續的永久性能源，它不給地球環境增加負荷，能更加有效地利用成本。納米科技的進步或許就是解決能源危機的一個答案。但是它能夠及時出現以挽救枯竭的能源嗎？


10. 馬爾薩斯人口論會錯下去嗎？

1798年，英國經濟學家、數學家托馬斯·馬爾薩斯指出農業呈代數級數增長(1，2，3，……)，但人口呈幾何級數增加(1，2，4……)，這意味著飢餓和災難並不遙遠。可是兩個世紀後，全球人口已經超過了60億，並沒有像馬爾薩斯預測的那樣會出現大崩潰的局面。人口統計學專家認為到2100年，地球上的人口將會達到100億。自馬爾薩斯提出人口論以來，人口的過分增長，一直對人類的命運、環境是一個巨大的威脅。一場即將來臨的人口災難可以避免嗎？


今年是《科學》雜誌創刊125週年。這125年中，這份由大發明家愛迪生創辦的雜誌成為世界最著名的科學刊物之一。因此，由各領域專家組成的雜誌編委會特地挑選了125個科學「大問題」作為紀念。

《科學》雜誌編委會說，其中25個問題最為醒目，也有望不久得到解決。

這25個問題涉及的範圍從宇宙構成、地球演化、生命興起直到人類自身。物理領域的問題包括：宇宙的構成究竟如何？描述世界的物理理論能否統一？量子不確定性和非定域性背後，是否有更深刻的理論？地球內部的活動機理如何？而化學領域的問題是：「自我組合」物質的化學能發展到什麼程度？