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公元 2018 年,这六大科学未解之谜仍然困扰着全人类

北美财富网推荐  来源:网络综合

编者按:近百年来,人类科技取得了惊人的进步。我们创造了改变整个社会的技术; 科学进步帮助我们了解自身,解答关于世界的基本问题。 然而,未解之谜仍然存在。为什么我们每晚都必须睡觉? 为什么我们无法看见暗物质? 外星人究竟在哪里?

这些问题我们已经讨论几十年,甚至数个世纪。幸运的是,随着人类不断地揭示世界的奥秘,我们比以往任何时候都更接近答案。本文盘点了 六个未解之谜,以及我们离破解谜题还有多远的距离。

为什么我们需要睡眠?

我们为什么需要睡觉? 这看起来是一个很简单的问题,但答案比你想象的要复杂得多。 为了弄清楚人类为什么每天晚上需要睡觉,科学家已经做出了无数次尝试,但仍然无法提供一个明确的答案。

睡眠科学的研究为睡眠阶段和复杂的大脑活动提供了一些线索,但最终只是带来了不断增长的、不完整的难题。人类的睡眠没有太多可以参照的东西,因为我们睡眠模式和其他动物的大脑活动很不相同,这让我们睡眠的理解变得更困难。

UCLA 神经科学与人类行为研究所的精神病学教授 Jerry Siegel 一直在研究动物的睡眠习惯,以了解为什么人类每晚都需要进入一种类似冬眠的状态。

我们对睡眠的理解和态度与任何动物都不同,因为大多数人希望一天二十四小时都能够保持清醒。但在自然界,消耗大量能量的动物无法生存,“Siegel 说。不活动在自然界是有价值的,例如,冬眠使得某些动物可以恢复能量,并储存暂时不需要的能量。 Siegel 解释说:对于许多不同的物种,节约能量是睡眠的主要进化推动力。 例如,非洲大象在野外每天只睡 2 个小时,很可能是因为他们需要其他的时间进食,以便为庞大的身体提供足够的能量。

节能理论是科学家解释我们为什么睡眠的原因之一。随着科学家们已经创造了可以在睡眠行为中追踪大脑活动的工具,他们已经接近完成解答这个难题,揭开睡眠的所有奥秘。

例如,大脑有适当的机制,可以在睡眠中清除不必要的信息。 威斯康星大学麦迪逊分校精神病学教授 Giulio Tononi 表示,睡眠是我们学习的代价 Tononi 和他的团队对睡眠的老鼠进行了实验,发现睡眠后老鼠的大脑神经突触明显比睡前小。

Tononi 的研究小组得出结论:大脑需要睡眠来巩固清醒时收集的信息。大脑在白天被信息轰炸,并以强大的神经联系加强。 为了将新的信息与原有的信息混合起来,这些连接需要削弱以进行吸收 换句话说,睡眠使大脑中的新的信息能够适应所有的旧信息。

虽然这个理论简明地描述了大脑在睡眠中制造新信息的过程,Tononi 和其他神经科学家还没有证明睡眠确实是需要这样的过程发生。

为了充分了解睡眠,睡眠科学家需要更好地了解清醒和睡眠周期中大脑的神经生物学过程。 比如说,为什么有的人能够在极其嘈杂的环境中睡觉,而另一些人却不能? 一旦我们能够准确地测量出人类大脑的清醒或睡眠状态,我们将进一步了解关于睡眠的知识。

但是有一件事情很清楚:没有睡眠,我们的状态会非常差。Siegel 说:如果你睡眠不足,注意力不足与睡眠入侵相关。 没有得到足够的睡眠,会直接影响到你对周围世界的注意程度。当然,开车的时候,缺乏警觉只需要两秒钟就可能导致丧命。

什么是暗物质,为什么我们看不到?

我们不知道暗物质是什么样的, 我们看不到。但在已知的宇宙中,暗物质代表了宇宙中 26% 以上的物质含量。1922 年荷兰天文学家 Jacobus Kapteyn 推测了它的存在以来,由于暗物质与我们所能观察到的物质的相互作用,我们已经知道它存在,但是暗物质仍然是我们看不见摸不着的神秘物质。

人类所看到的大部分物质都是由中子,质子和电子组成的。 但暗物质不是。 它是由不同类型的粒子组成,并以完全不同的方式与光线和物质相互作用。 暗物质不吸收、反射光,也不发光。但它的引力影响使附近光线通过时弯曲,科学家们通过这类观察确认了暗物质的存在。

研究人员一直在研究这个现象,试图解开它的奥秘。 最近,欧洲核子研究委员会(CERN)的大型强子对撞机推进了这一进程,那里的研究人员正在努力通过加速微小粒子来识别无形的物质,然后研究高速碰撞时运动中涉及的能量和动量。

最近的研究表明,引力波探测器可以让我们第一次看到暗物质。 但是关于暗物质的真相,我们仍然处在黑暗中。

宇宙如何诞生?

我们正在一点点的拼凑宇宙诞生之初的面貌,但真正的起源仍然是一个谜。 俄亥俄州立大学天体物理学家,科学与工业中心首席科学家 Paul Sutter 说:所有关于宇宙诞生的理论或模型都是非常推测性的。

关于宇宙起源的最着名的理论是宇宙大爆炸理论,在大爆炸理论中,宇宙从 138 亿年前的一个非常热的密集的奇点中膨胀而来。 但是,事情不是简单地从零开始, Sutter 说。宇宙大爆炸同时在全宇宙发生。 这不是太空中爆炸,而是太空本身的爆炸。然而,究竟是什么造成了这个事件(当然还有大爆炸之前的事情)的确切过程仍然是未知的。

Sutter 说:我们越了解宇宙早期的历史,就越不能理解。科学家仍然在推测宇宙初始时刻的力量。

看似简单的问题在找到答案之前会产生更多的问题。 Sutter 说:由于我们没有完全理解重力的量子方面,所以我们无法了解宇宙最早的时刻(比如,在宇宙大爆炸之后,宇宙在不到 10^-34 秒的时间内迅速膨胀)。

为此,为了充分理解宇宙的诞生,我们需要全面理解支配物质和反物质的物理定律。 这是一个问题,因为欧洲核子研究组织最近证实,粒子物理的标准模型可能需要进行改变,因为无法解释物质质量的来源。

一旦我们充分理解了反物质的本质及其与物质的相互作用,虽然不能得到宇宙起源的最终答案,但我们能更进一步理解宇宙是如何形成的。

第九大行星在哪?

在柯伊伯带(超出冥王星的区域)以外,一些神秘的星体正围绕太阳旋转。 它们的轨道比海王星更远离,但是一些物体的轨迹似乎不符合预期的模式。 他们中的大多数围绕着海王星,通过强大的引力保持在行星轨道上。但是这些物体中的一小部分似乎被更大的物质所取代。

加州理工学院行星科学助理教授 Konstantin Batygin 认为,这些特性至少部分是由于太阳系中第九颗行星的存在而造成的,这颗行星尚未被发现。

可以把太阳系看作一个巨大的光盘。 这些星体的轨道似乎在光盘边缘。 第九大行星需要有巨比地球更大的质量,我们还没有能证明它的存在。 部分原因是因为我们才刚刚开始寻找它。 科学家们首先在 2014 年开始对其存在进行理论探讨。

然而,这不是第九大行星未被发现的唯一原因。 Batygin 说:我们还没有找到它,因为它是非常昏暗的。我认为即使用最好的望远镜,也只能勉强检测到红外分析是不可能的,因为仪器不够灵敏。 这迫使天文学家寻找反射光,这是比红外分析更具挑战性的任务。 这是因为,行星反射的任何光线都必须从太阳行进到太阳系的远端,再从第九大行星反射回来,最后回到地球。 反射光线越过一定距离后成指数地减少,这极大的增加了观测难度。

然而,随着技术的进步,更灵敏的望远镜或许能记录从它反射的光线,从而证实了第九大行星的存在。 天文学家也使用计算机模拟来估计它的轨道,以便更好地了解它每时每刻所在的位置。 第九大行星可能只是处于其轨道上的一个点,使得它太遥远而无法观察到。

为什么某些声音让我们的大脑兴奋?

你可能已经在听过这类音频:柔和的声音叙述,或通过按摩一块织物或一个理发器的发出微弱嗡嗡声。一些人听到这种声音会产生头皮按摩的感觉。作为 ASMR(自发性知觉经络反应) 的结果,听众会体验到背部点刺、头皮发麻、颅内发麻等感受。就其本质来说,这是生物电流窜过的结果,可以将其归为一种特殊的神经兴奋。这种感受也可以界定为一种独特的刺激感,被一些人视为舒适的、令人愉悦的。

这种体验的结果是:大约 90 的人会在大脑中产生一种放松的刺痛感。 但为什么发生,为什么它不适用于每个人,目前还不得而知。

Shenandoah 大学生物制药科学教授兼 ASMR 大学创始人 Craig Richard 一直在研究这种奇特的感觉。他说,我们正处于 ASMR 背后的科学的开端。ASMR 仍然是一个谜。 为什么只有一定比例的人能够体验? 为什么它会存在? 他说:我认为永远不会有一个令所有人满意的解释。

外星智慧生物在哪?

宇宙有上亿年历史。考虑到我们宇宙的时代古老和浩瀚,我们很难理解为什么没有发现其他智慧生物的迹象。 根据概率,我们现在应该已经找到了外星人,那么他们到底在哪里?

天文学家和物理学家提出了许多理论来解释。一种理论认为,有一个巨大的灾难性事件阻止了任何外星文明与我们的接触,而另一种则提出,外星人在遥远的星球的厚厚的冰层和岩石之下。

如果太阳系外存在外星生命,研究人员认为可能是微生物,而不是智慧的外星生命。 这些外星生物可能存在于小而冰冷的行星上,如土星或木星的卫星上。美国宇航局的科学家进行了研究,调查这些卫星上的大洋的构成和状态,他们预测,大量的水的存在可能使外星生命产生。 但到目前为止,这些只是根据美国宇航局伽利略卫星的扫描和观测的猜测。 美国航空航天局正计划在未来十年内前往木星冰冷的卫星 Europa ,以进一步观察。

但是,即使我们确实找到了外星人的生命,我们是否能够识别出它呢? 我们寻找熟悉的以碳为基础的以水为生命支持的生命形式,这可能会限制我们,因为外星生命不一定是碳基的。 科学家们必须能够将外星人的信息与太空中的所有其他噪音完全区分开来,这也不是那么简单。如果他们的信息与其他频率无法区分呢? 如果他们不想被发现呢?无论如何,对外星生命的搜索还远远没有结束,只是刚刚开始。编译组出品。

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