２１世紀(jì)１０大科技難題（上）

隨著科技的不斷進(jìn)步，人類攻克了一個又一個科學(xué)難題，但是，仍有一些不解之謎等待我們?nèi)ヌ骄俊！翱茖W(xué)圣經(jīng)”將分兩期為大家刊出《21世紀(jì)10大科技難題》相信富有科學(xué)探索精神的你一定會感興趣的。

（奇 奇）

粒子物理學(xué)的兩個謎

在當(dāng)代的粒子物理學(xué)中有兩個謎：一是對稱破缺，二是看不見的夸克。

目前我們了解的理論，如量子動力學(xué)、愛因斯坦的普遍相對論，都是來源于對稱的?？墒窃谖覀兊挠钪胬?，還有不少東西不守恒，這就很奇怪。我們的很多理論是根據(jù)對稱產(chǎn)生的，可是為什么我們的世界又是不對稱的？這表明現(xiàn)有的全部知識是很不全面的，一定另外還有一個力。這個力是推翻對稱的。這個力是什么，我們不了解，它的存在是關(guān)于粒子物理學(xué)的第一個謎?，F(xiàn)在我們認(rèn)為，很可能真空在里面起作用，真空有很復(fù)雜的性質(zhì)。如果我們了解了對稱性的來源，很可能就可以了解質(zhì)量的來源，包括暗物質(zhì)。

第二個謎即是看不見的夸克。我們知道，所有的物質(zhì)都由兩類基本粒子組成，一類是夸克，一類是輕子。我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有6種夸克和6種輕子。我們有充分的實驗證據(jù)表明，夸克是存在的，我們知道其質(zhì)量不大，但就是看不見。所以，為什么一切強(qiáng)作用的物質(zhì)都是由夸克構(gòu)成，而夸克卻看不見，這是一個很奇怪的事。

生物學(xué)難題：生命是怎樣開始的？

1922年，蘇聯(lián)生化學(xué)家亞歷山大·奧巴林提出一個著名的假說：生命來自閃電。太陽和地球自身的放射性能量作用于大氣層中的無機(jī)分子，使之變成有機(jī)分子；它們在地球湖泊、海洋提供的“原始湯”中“定居”，發(fā)展成為原始的生命。

1950年，美國芝加哥大學(xué)第一次用實驗來驗證奧巴林假說。他們模擬“原始湯”，在水中加進(jìn)甲烷、氨等分子，加熱并通以電火花。一個星期之后，甲烷中有5％的碳變成了氨基酸分子，而氨基酸正是構(gòu)成生物蛋白質(zhì)的基本單位。

此后，科學(xué)家進(jìn)行了許多類似的實驗，不僅從無機(jī)物中得到了各種氨基酸，而且得到了核苷酸、磷脂等構(gòu)成生命的重要有機(jī)分子。這樣，生命起源第一步——化學(xué)無機(jī)分子怎樣變成有機(jī)分子基本上搞清楚了。

然而更困難的是第二步——有機(jī)分子怎樣組成具有生物繁殖能力的細(xì)胞？

美國邁阿密大學(xué)生化學(xué)家福克斯對此進(jìn)行了研究。他相信，細(xì)胞起源于一種由類蛋白組成的微球體。他將這種微球體稱之為前細(xì)胞。他已在實驗室里得到了這種微球體。這種由氨基酸分子選擇性結(jié)合而成的類蛋白微球體，具有類似細(xì)胞的功能；能新陳代謝，能自我復(fù)制，甚至對光的刺激具有類似神經(jīng)信息的反應(yīng)。最近，福克斯還發(fā)現(xiàn)，如果微球體中含較多的賴氨酸時，能催化氨基酸鏈和核苷酸鏈的形成。

另外一些科學(xué)家則相信，生命是從具有遺傳密碼的核糖核酸自我復(fù)制開始的。他們在實驗室里模擬這種原始過程。

最近，英國克拉斯哥大學(xué)的化學(xué)家徹因、史密斯等人提出了生命起源于黏土的理論。他們認(rèn)為，核糖核酸起源于黏土晶格。在實驗中，由硅、氧、鋁等元素形成的黏土晶格，能吸引周圍游離的晶體，按一定規(guī)則排列分層，還能吸收和貯存環(huán)境中的能量，并釋放出來。這種黏土結(jié)構(gòu)像一種模板，不斷復(fù)制出相同結(jié)構(gòu)的黏土層。也許正是從這種黏土中，進(jìn)化產(chǎn)生了原始的脫氧核糖核酸。

看來，我們必須重新考慮生命的概念，因為任何教科書關(guān)于生命的定義都是：有高度組織，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有適應(yīng)環(huán)境能力，能自我復(fù)制。而黏土晶格模板也具有這些特征，黏土是不是具有生命呢？沒有人能夠回答。從無生命進(jìn)化到有生命的漫長過程中，還有一大段未知領(lǐng)域。

天文學(xué)難題：宇宙高齡幾何？

現(xiàn)代宇宙學(xué)理論告訴我們，宇宙起源于“大爆炸”，宇宙中所有的星系均彼此遠(yuǎn)離，宇宙處于普遍的膨脹之中。因此，如果能夠知道宇宙的膨脹速度，便可直接推算出宇宙的年齡。宇宙膨脹速度的大小由一個關(guān)鍵數(shù)值決定，這就是“哈勃常數(shù)”。其值越小，宇宙膨脹得越慢，宇宙達(dá)到目前的規(guī)模所花的時間也就越長，即宇宙的年齡越大；反之，宇宙膨脹得越快，宇宙就越年輕。因此，若以地球為中心，一直伸展至看得見的宇宙邊緣，其距離就可透露宇宙的年齡。天文學(xué)家尚未能一致肯定看得見的宇宙究竟有多大，其中一個主要原因在于大爆炸發(fā)生的確實時間是個謎。

人類學(xué)難題：人類的祖先是誰？

一些加州生化學(xué)家研究線粒體內(nèi)的DNA。線粒體是細(xì)胞能源的制造工廠，每個人體細(xì)胞都藏有它。這種線粒體里的DNA，不易混合，并會由一代累積遺傳給下一代。研究線粒體的DNA，是追尋人類起源的一個可靠方法。從考察不同人種婦女的線粒體DNA，發(fā)現(xiàn)累積DNA最多的婦女是來自非洲，由此說一小部分非洲人口，衍生成今天各種膚色的人種。

這一論調(diào)似乎已為人類祖先誰屬的問題找到了答案。不過，華盛頓大學(xué)遺傳學(xué)家坦普爾曼認(rèn)為，上述理論值得商榷，他認(rèn)為生化學(xué)家的分析技術(shù)未臻完善。因此，人類的祖先是誰，仍然是個謎。