七大研究困惑科学家:从宇宙常数到神秘粒子(图)

2010-08-09 20:59

据美国《探索》杂志报道，科学研究看上去就像一段不停前进的旅程：每一次发现都有助于建立对事物的了解，每一次实验都让我们对大自然的基本法则有更深入的认识。以下是七个令科学家更加困惑的研究发现，它们非但没有揭露事件的本质，反而增添了更多的谜团，使研究人员开始怀疑他们最基本的臆断。这一名单无疑难称完整，只是希望引起大家广泛的好奇心，跟随科学家一起去探究真相。

1.宇宙常数

20世纪20年代，天文学家认为宇宙的大小是固定的。即便广义相对论预示事实并非如此的时候，爱因斯坦也没有转变思路，找出正确答案。相反，他在自己的理论中发明了一个术语去抵消几乎无处不在的引力，用以保持宇宙的恒定不变。爱因斯坦后来将这一术语(宇宙常数)称为他一生中“最大的错误”。

美国科学家埃德温-哈勃的研究揭示了爱因斯坦的错误，让天文学家放弃对静态、稳定宇宙的原有认识，重新开始揭示一个奇异而令人困惑的宇宙。哈勃在自己的研究发现中采用了当时新发现的“宇宙卷尺”——称为“造父变星”(Cepheid variable)的一类特殊恒星。通过在威尔逊山天文台扫描天空，哈勃确定了天体——模糊星云(被认为是银河系中的气态云)的距离。

在前人的基础上，哈勃的研究不仅表明，这些星云是它们自己的星系，而且还通过测量它们随时间而变化的速度，证实它们快速远离地球。哈勃的研究还表明，距离银河系越远，这些星云的速度越快。这种解释听上去很有道理，但其他星系为何加速离开地球的原因尚不得而知。今天，大多数物理学家认为是暗能量在作祟，但他们尚不能准确确定这一原因。

2.艾滋病疫苗

当研究人员开始从事“STEP研究”——3000人参与的雄心勃勃的艾滋病病毒疫苗试验，他们认为这种疫苗会是阻止艾滋病病毒扩散的最佳方法。但是 2007年，国际制药巨头默克公司的研究人员突然中止了这项研究。原来，艾滋病病毒疫苗非但不能保护参与者，反而令他们更有可能被这种病毒感染。这项研究利用功能受到削弱的感冒病毒(腺病毒5)去传递在实验室制造的艾滋病病毒片段。研究人员希望，人体免疫系统可以攻击这些艾滋病病毒片段，接着识别并消灭真正的病毒。

虽然参与者就如何避免被艾滋病病毒感染接受了专门培训，但最后仍有一些人被感染。仅仅这一点就意味着，艾滋病病毒疫苗对这些参与者不灵验。令研究人员警觉的一件事是，那些以前曾暴露于感冒病毒的人，在接种过艾滋病病毒疫苗以后，似乎更有可能被艾滋病病毒感染。

研究人员立即停止了利用感冒病毒进行的同类研究。研究人员至今未找到疫苗令有些人更易感染艾滋病病毒的原因，这次引人注目的研究失败被广泛视为疫苗研究领域的一次重大挫折。有些科学家提出放弃临床试验，重新回到基础研究。美国艾滋病疫苗倡导联盟则表示，在艾滋病疫苗研究领域，“STEP研究提出的问题多过解答的问题。”

3.量子纠缠

听一听爱因斯坦是怎么说的吧：任何事物的移动速度都没有光速快。狭义相对论宣称，如果可以，那么就能改变因果关系：例如，你可以在第一球投出以前，给朋友打电话，告诉他棒球比赛的胜负结果。1935年，爱因斯坦和另外两位物理学家鲍里斯-波多尔斯基和纳森-罗森利用这一事实说明，量子力学是不完整的理论。

他们设计了一个实验，寻求两个粒子之间奇异的量子联系。量子纠缠则宣称，两个粒子，无论分离多远，它们之间都存在一种神秘的关联，相互影响。三位物理学家设计的实验假设使两个处于量子纠缠的粒子远离彼此。如果测量一个粒子会影响另一个粒子同时做出改变，那么两个粒子互动的速度应该超过光速。这显然是不可能的。

20世纪80年代，研究人员实施了这个看似不可能的实验，而且成功了。想象一下，粒子穿过两个粒子间的物体或一个满载信息的粒子。在2008年的量子纠缠实验中，日内瓦城的研究人员发现，在他们的装置中，那个物体可能以至少一万倍于光速的速度运行。这似乎表明，两个粒子并没有相互之间传递任何真实的信息，相反，测量其中一个会立即影响另一个。不幸的是，这种解读让我们回想起爱因斯坦最早对量子纠缠的苦恼——这位伟大的物理学家称那是一种“鬼魅似的远距作用”。

4.人类基因组

1909年，丹麦植物学家威廉-约翰森(Wilhelm Johanssen)造出了“基因”一词，将其描绘成一种可令子女遗传父母特质的机制。到20世纪60年代，这一定义因特定原因而发生变化：基因是用以制造蛋白的DNA编码。10年前，人类基因组计划成功绘制出第一个人类基因组序列图。但是，科学家却无法对完全揭开人类基因组之谜感到高兴，因为整个故事还有许多疑问。

20世纪80年代和90年代，研究人员发现只有1.2%左右的人类DNA代码用于蛋白制造：有些人称这些代码为“垃圾”。莱斯利-奥格尔和弗朗西斯-克里克在1980年发表的论文将这种DNA称为“终极寄生虫”。然而，即便是在这个看似无用的DNA“垃圾堆”，研究人员仍在寻找有功能的片段。

似乎，就在我们对人类基因组展开深入探究时，我们才意识到对它们的了解远远不够。例如，研究人员发现，部分人类DNA片段就好比基因“电话总机”。依附于这些片段的分子可以打开或关闭生成蛋白的基因，一旦出现故障，可能会诱发从抑郁到肥胖等众多疾病。

此外，这些“开关”在诞生以后可以调换，依附于DNA片段的分子可以被环境因素添加或删减。例如，麦吉尔大学研究人员迈克尔-米尼最近发现，小老鼠母亲舔舐它们的频率改变了依附于小老鼠DNA上的分子，从而可能改变了它们的压力水平。正在实施的人类表观基因组计划希望对这些DNA片段及其影响进行研究。

5.西伯利亚指骨

这一切都始于在西伯利亚山洞发现的一块拥有4万年历史的指骨。虽然一根手指似乎并不能令研究继续下去，但研究人员从手指中提取了DNA，用以搞清楚手指的主人。他们原本以为手指可能来自尼安德特人，或早期人类的亲属，但分析结果却发现指骨属于一个非常特别的女士——研究人员称之为“X女士”。

研究人员特别对提取自指骨的线粒体DNA做了细致研究。线粒体DNA一般只通过母系遗传，是探索人类进化的绝佳工具。两个现代人的线粒体DNA 可能只有数十处不同之处，但他们与尼安德特人的差异却有近200处。当研究人员将“X女士”的线粒体DNA与现代人做了比较后，竟然发现了大约400处不同。

这一发现又给人类进化过程增添了新的疑团。如果“X女士”代表一个新人种(这个疑问至今仍在讨论之中)，那表明一个我们一无所知的原始人种从非洲迁出，与尼安德特人及欧洲和亚洲的早期现代人生活在同一个地方。有关潜在新人种(如发现于印度尼西亚的“矮人族”弗洛勒斯人)的争议进一步证明了一个概念，即人类进化树有许多分支。由于智人是唯一生存至今的人种，所以，我们可能认为人类进化树是笔直的，呈流线型。

6.信息素

谈到爱情，人们往往会说一切取决于是否发生化学反应。但是，人的吸引力确实与信息素有关联吗？51年前，彼得-卡尔森和马丁-卢彻 (Martin Luscher)发明了“信息素”一词，用于描述在同一个物种成员之间传递的化学信号。从此以后，研究人员发现了各种各样的生物利用化学物传递重要话题的信息，如食物、交配和危险等，其中就包括许多昆虫以及从老鼠到吸血鬼鱼等物种。

所有这一切似乎表明，人类也可以利用化学信号交流，科学家实施了大量有关汗液气味的研究，试图证明人类信息素可以传递各种信息，例如，害怕什么东西，女人何时来例假。然而，令香水制造商沮丧的是，看上去没人能够找到相关化学物或受体。即便是那些坚决支持人类信息素存在的研究人员，也被迫承认“没有任何以生物测定为导向的研究导致真正人类信息素的隔离”。

7.神秘粒子

20世纪30年代，物理学家看上去在识别由原子决定的一切事物的道路上畅通无阻。例如，他们知道原子核是由质子和中子构成的，他们怀疑世上一定存在某种力量，使得这些相互间强烈排斥的质子可以在原子核中紧密相连。这一猜测令他们相信，这种具有神奇力量的粒子可能是一种中间粒子——“介子”：比电子稍大，比质子稍小。

但是，研究人员在1936年扫描宇宙射线时，并没有去寻找介子。他们发现的未知粒子最终使得美国物理学家、诺贝尔奖得主伊西多-艾萨克-拉比发出这样的疑问，“这是谁定的？”宇宙射线包括大小相当于假设介子的粒子，研究人员由此认为他们发现了这种神秘粒子。

然而，就在物理学家继续研究这种粒子(后被命名为“μ介子”)时，他们发现它只是在大小方面“达标”。μ介子是一种相当好用的“胶水”，因为它们与原子核几乎不发生任何作用。数十年来，这一疑问始终萦绕在科学家心头，直至1979年物理学家发现了“胶子”，这是一种携带较强核力的粒子，能使原子核结合在一起。

虽然已经有一个问题得到解答，但仍有更多的疑问至今没有答案。欧洲核子研究组织(CERN)大型强子对撞机项目物理学家仍在寻找新粒子以完成标准模型。他们尤其在寻找被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，其他所有粒子的质量都源于希格斯玻色子。物理学家能否找到这种粒子？或者，研究结果是否与他们预想的有出入呢？