七大研究困惑科學家:從宇宙常數到神秘粒子(圖)

2010-08-09 20:59

據美國《探索》雜誌報導，科學研究看上去就像一段不停前進的旅程：每一次發現都有助於建立對事物的瞭解，每一次實驗都讓我們對大自然的基本法則有更深入的認識。以下是七個令科學家更加困惑的研究發現，它們非但沒有揭露事件的本質，反而增添了更多的謎團，使研究人員開始懷疑他們最基本的臆斷。這一名單無疑難稱完整，只是希望引起大家廣泛的好奇心，跟隨科學家一起去探究真相。

1.宇宙常數

20世紀20年代，天文學家認為宇宙的大小是固定的。即便廣義相對論預示事實並非如此的時候，愛因斯坦也沒有轉變思路，找出正確答案。相反，他在自己的理論中發明瞭一個術語去抵消幾乎無處不在的引力，用以保持宇宙的恆定不變。愛因斯坦後來將這一術語(宇宙常數)稱為他一生中「最大的錯誤」。

美國科學家埃德溫-哈勃的研究揭示了愛因斯坦的錯誤，讓天文學家放棄對靜態、穩定宇宙的原有認識，重新開始揭示一個奇異而令人困惑的宇宙。哈勃在自己的研究發現中採用了當時新發現的「宇宙捲尺」——稱為「造父變星」(Cepheid variable)的一類特殊恆星。通過在威爾遜山天文臺掃瞄天空，哈勃確定了天體——模糊星雲(被認為是銀河系中的氣態雲)的距離。

在前人的基礎上，哈勃的研究不僅表明，這些星雲是它們自己的星系，而且還通過測量它們隨時間而變化的速度，證實它們快速遠離地球。哈勃的研究還表明，距離銀河系越遠，這些星雲的速度越快。這種解釋聽上去很有道理，但其他星系為何加速離開地球的原因尚不得而知。今天，大多數物理學家認為是暗能量在作祟，但他們尚不能準確確定這一原因。

2.愛滋病疫苗

當研究人員開始從事「STEP研究」——3000人參與的雄心勃勃的愛滋病病毒疫苗試驗，他們認為這種疫苗會是阻止愛滋病病毒擴散的最佳方法。但是 2007年，國際製藥巨頭默克公司的研究人員突然中止了這項研究。原來，愛滋病病毒疫苗非但不能保護參與者，反而令他們更有可能被這種病毒感染。這項研究利用功能受到削弱的感冒病毒(腺病毒5)去傳遞在實驗室製造的愛滋病病毒片段。研究人員希望，人體免疫系統可以攻擊這些愛滋病病毒片段，接著識別並消滅真正的病毒。

雖然參與者就如何避免被愛滋病病毒感染接受了專門培訓，但最後仍有一些人被感染。僅僅這一點就意味著，愛滋病病毒疫苗對這些參與者不靈驗。令研究人警察覺的一件事是，那些以前曾暴露於感冒病毒的人，在接種過愛滋病病毒疫苗以後，似乎更有可能被愛滋病病毒感染。

研究人員立即停止了利用感冒病毒進行的同類研究。研究人員至今未找到疫苗令有些人更易感染愛滋病病毒的原因，這次引人注目的研究失敗被廣泛視為疫苗研究領域的一次重大挫折。有些科學家提出放棄臨床試驗，重新回到基礎研究。美國愛滋病疫苗倡導聯盟則表示，在愛滋病疫苗研究領域，「STEP研究提出的問題多過解答的問題。」

3.量子糾纏

聽一聽愛因斯坦是怎麼說的吧：任何事物的移動速度都沒有光速快。狹義相對論宣稱，如果可以，那麼就能改變因果關係：例如，你可以在第一球投出以前，給朋友打電話，告訴他棒球比賽的勝負結果。1935年，愛因斯坦和另外兩位物理學家鮑里斯-波多爾斯基和納森-羅森利用這一事實說明，量子力學是不完整的理論。

他們設計了一個實驗，尋求兩個粒子之間奇異的量子聯繫。量子糾纏則宣稱，兩個粒子，無論分離多遠，它們之間都存在一種神秘的關聯，相互影響。三位物理學家設計的實驗假設使兩個處於量子糾纏的粒子遠離彼此。如果測量一個粒子會影響另一個粒子同時做出改變，那麼兩個粒子互動的速度應該超過光速。這顯然是不可能的。

20世紀80年代，研究人員實施了這個看似不可能的實驗，而且成功了。想像一下，粒子穿過兩個粒子間的物體或一個滿載信息的粒子。在2008年的量子糾纏實驗中，日內瓦城的研究人員發現，在他們的裝置中，那個物體可能以至少一萬倍於光速的速度運行。這似乎表明，兩個粒子並沒有相互之間傳遞任何真實的信息，相反，測量其中一個會立即影響另一個。不幸的是，這種解讀讓我們回想起愛因斯坦最早對量子糾纏的苦惱——這位偉大的物理學家稱那是一種「鬼魅似的遠距作用」。

4.人類基因組

1909年，丹麥植物學家威廉-約翰森(Wilhelm Johanssen)造出了「基因」一詞，將其描繪成一種可令子女遺傳父母特質的機制。到20世紀60年代，這一定義因特定原因而發生變化：基因是用以製造蛋白的DNA編碼。10年前，人類基因組計畫成功繪製出第一個人類基因組序列圖。但是，科學家卻無法對完全揭開人類基因組之謎感到高興，因為整個故事還有許多疑問。

20世紀80年代和90年代，研究人員發現只有1.2%左右的人類DNA代碼用於蛋白製造：有些人稱這些代碼為「垃圾」。萊斯利-奧格爾和弗朗西斯-克里克在1980年發表的論文將這種DNA稱為「終極寄生蟲」。然而，即便是在這個看似無用的DNA「垃圾堆」，研究人員仍在尋找有功能的片段。

似乎，就在我們對人類基因組展開深入探究時，我們才意識到對它們的瞭解遠遠不夠。例如，研究人員發現，部分人類DNA片段就好比基因「電話總機」。依附於這些片段的分子可以打開或關閉生成蛋白的基因，一旦出現故障，可能會誘發從抑鬱到肥胖等眾多疾病。

此外，這些「開關」在誕生以後可以調換，依附於DNA片段的分子可以被環境因素添加或刪減。例如，麥吉爾大學研究人員邁克爾-米尼最近發現，小老鼠母親舔舐它們的頻率改變了依附於小老鼠DNA上的分子，從而可能改變了它們的壓力水平。正在實施的人類表觀基因組計畫希望對這些DNA片段及其影響進行研究。

5.西伯利亞指骨

這一切都始於在西伯利亞山洞發現的一塊擁有4萬年歷史的指骨。雖然一根手指似乎並不能令研究繼續下去，但研究人員從手指中提取了DNA，用以搞清楚手指的主人。他們原本以為手指可能來自尼安德特人，或早期人類的親屬，但分析結果卻發現指骨屬於一個非常特別的女士——研究人員稱之為「X女士」。

研究人員特別對提取自指骨的線粒體DNA做了細緻研究。線粒體DNA一般只通過母系遺傳，是探索人類進化的絕佳工具。兩個現代人的線粒體DNA 可能只有數十處不同之處，但他們與尼安德特人的差異卻有近200處。當研究人員將「X女士」的線粒體DNA與現代人做了比較後，竟然發現了大約400處不同。

這一發現又給人類進化過程增添了新的疑團。如果「X女士」代表一個新人種(這個疑問至今仍在討論之中)，那表明一個我們一無所知的原始人種從非洲遷出，與尼安德特人及歐洲和亞洲的早期現代人生活在同一個地方。有關潛在新人種(如發現於印度尼西亞的「矮人族」弗洛勒斯人)的爭議進一步證明了一個概念，即人類進化樹有許多分支。由於智人是唯一生存至今的人種，所以，我們可能認為人類進化樹是筆直的，呈流線型。

6.信息素

談到愛情，人們往往會說一切取決於是否發生化學反應。但是，人的吸引力確實與信息素有關聯嗎？51年前，彼得-卡爾森和馬丁-盧徹 (Martin Luscher)發明瞭「信息素」一詞，用於描述在同一個物種成員之間傳遞的化學信號。從此以後，研究人員發現了各種各樣的生物利用化學物傳遞重要話題的信息，如食物、交配和危險等，其中就包括許多昆蟲以及從老鼠到吸血鬼魚等物種。

所有這一切似乎表明，人類也可以利用化學信號交流，科學家實施了大量有關汗液氣味的研究，試圖證明人類信息素可以傳遞各種信息，例如，害怕什麼東西，女人何時來例假。然而，令香水製造商沮喪的是，看上去沒人能夠找到相關化學物或受體。即便是那些堅決支持人類信息素存在的研究人員，也被迫承認「沒有任何以生物測定為導向的研究導致真正人類信息素的隔離」。

7.神秘粒子

20世紀30年代，物理學家看上去在識別由原子決定的一切事物的道路上暢通無阻。例如，他們知道原子核是由質子和中子構成的，他們懷疑世上一定存在某種力量，使得這些相互間強烈排斥的質子可以在原子核中緊密相連。這一猜測令他們相信，這種具有神奇力量的粒子可能是一種中間粒子——「介子」：比電子稍大，比質子稍小。

但是，研究人員在1936年掃瞄宇宙射線時，並沒有去尋找介子。他們發現的未知粒子最終使得美國物理學家、諾貝爾獎得主伊西多-艾薩克-拉比發出這樣的疑問，「這是誰定的？」宇宙射線包括大小相當於假設介子的粒子，研究人員由此認為他們發現了這種神秘粒子。

然而，就在物理學家繼續研究這種粒子(後被命名為「μ介子」)時，他們發現它只是在大小方面「達標」。μ介子是一種相當好用的「膠水」，因為它們與原子核幾乎不發生任何作用。數十年來，這一疑問始終縈繞在科學家心頭，直至1979年物理學家發現了「膠子」，這是一種攜帶較強核力的粒子，能使原子核結合在一起。

雖然已經有一個問題得到解答，但仍有更多的疑問至今沒有答案。歐洲核子研究組織(CERN)大型強子對撞機項目物理學家仍在尋找新粒子以完成標準模型。他們尤其在尋找被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子，其他所有粒子的質量都源於希格斯玻色子。物理學家能否找到這種粒子？或者，研究結果是否與他們預想的有出入呢？