【學術線上】科學界十大待解謎團

■在電視新聞上,你可能會看到「演化是真是假」、「氣候變遷的速度是不是太快了點」、「給小兒施打的疫苗是否安全」等爭議,但事實上,科學家並不會花時間爭論這些事,就算其中有值得討論之處,也不是像電視名嘴口中說的那樣。話雖如此,這並不表示科學家早就把宇宙間所有事物都摸透了。

mysteries of science
photo credit: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), and A. Mahdavi (San Francisco State University)

作者|Lisa Winter
編譯|
柯宗佑

物理學家布萊恩.考克思(Brian Cox)曾說:「未知對我來說是好事,有未知,才有科學。世界上有成千上萬的事,是我們一無所知的。我只要想到我們一無所知,就會渾身是勁,想要把這些謎團弄清楚。這就是科學。如果你不喜歡未知,大概就當不了科學家了。不要給我答案,不用每件事都給答案,我想要自己去探索。」

那麼,科學家現在最熱衷那些謎團呢?以下列出前十名:

 

物質比反物質多嗎?
根據粒子物理理論,物質有其對應的反物質,當兩者相碰,就會同歸於盡,什麼也不留。雖然這類相消現象多半發生在宇宙形成早期,但剩下的物質依舊不少,足以形成無數顆星系、星體、星球等。對此,許多人嘗試從介子的角度切入。介子由一個夸克與一個反夸克組成,壽命相當短,其中B介子衰變的時間比反B介子長,而這可能是在宇宙間所有物質形成後,B介子依然為數不少的原因。此外,B介子、D介子、K介子還會振盪,一會變成反粒子,一會又便回來。研究更顯示,介子傾向處於基態,這或許也是粒子的數量比反粒子多的原因之一。

鋰到底藏在哪裡?
宇宙形成之初,溫度高得不可思議,氫、氦、鋰同位素不斷合成各種物質,數量驚人。至今,宇宙間仍有源源不絕的氫與氦,佔總質量之大宗,但鋰-7的量卻只有理論值的三分之一。對此,許多人紛紛提出各種說法,有人以假想玻色子,也就是一般所說的軸子來解釋,有人則認為鋰-7埋藏在某些星體之中,而人類望遠鏡及儀器暫時無法偵測到。無論如何,對於宇宙間的鋰元素為何少之又少,目前仍未出現令人信服的漂亮理論。

人為什麼要睡覺?
我們都知道,人的身體是由生理時鐘控制,會在醒睡模式間切換,但原因究竟是什麼,仍不得而知。在睡眠狀態下,身體會修補組織,進行保養工作,人的一生更有三分之一的時間在睡覺。明明很多生物都不用睡覺,人為什麼要睡覺?對此,至今眾說紛紜,但沒有一個說法是完備的。有人說,有些動物演化出躲避掠食者的能力,所以能夠睡覺,有些動物則必須時時保持警戒,因此無法沈睡,但仍能歇息恢復體力。科學家尚且不明白人類睡覺的原因,不過,我們倒是越來越了解睡眠的重要,以及睡眠如何影響大腦可塑性等重要人體現象。

重力如何運作?
我們都知道,月球引力會引發潮汐,地心引力把我們吸在地表,太陽引力則讓行作週期繞轉,可是,我們真的明白其中的運作原理嗎?這股力量源於物質,質量越大的物體引力就越強,科學家雖然對重力知之甚詳,卻不明白重力為何存在。原子內部為什麼多半是空的?將每個原子緊緊拉住的力量,和重力有何不同?重力是個粒子嗎?以我們目前的物理知識,暫時還無法回答這些問題。

其他「人」在哪裡?
在觀測得到的範圍內,整個宇宙的直徑大約為九百二十億光年,其中滿佈無以計數的星系、星體、行星,不過卻只有地球上有生命。統計顯示,要讓地球是宇宙間唯一有生命居住的星球,這個機率低到不行,但為什麼到目前為止,我們都還沒和其他「人」有所接觸?這就是所謂的費米悖論(Fermi Paradox)。一直以來,各類說法甚囂塵上,有些聽來算是合理,看你要說是因為我們漏掉了某些信號,或是信號一直都在,只是我們不知道,甚至是那些「人」不能或不想跟我們交流。當然,最不可能成立的說法,就是地球是唯一有生命的星球。

暗物質是由什麼組成的?
宇宙質量有百分之八十是由暗物質組成的。暗物質是很特別的東西,它完全不會發光。雖然六十年前出現了相關理論,但其實暗物質存在的證據尚且不足。許多科學家相信,暗物質是由大質量弱作用粒子(weakly interacting massive particles, WIMPs)所組成,這些粒子比質子重上一百倍,但卻不和儀器能測量的重子產生交互作用。其他可能組成暗物質的,還包括軸子、中性微子(neutralino)、光微子(photino)。

生命的起源為何?
地球上的生命從何而來?這一切是怎麼發生的?持原生湯(Primordial Soup)理論者,相信地球早期營養物質豐富,之後逐漸孕育出複雜的粒子,形成生命雛形,這個過程可能發生在海底裂隙、黏土中或冰層底下。在各種原生湯理論中,閃電和火山活動都扮演著大大小小的角色。此外,雖然當今生命的靈魂物質是DNA,但在生命形成初期,RNA或許才是主角。科學家甚至質疑,除了RNA和DNA以外,說不定還曾經出現過其他類型的核酸。生命究竟是只出現過這麼一次,還是誕生之後又全數滅絕,接著重生呢?有些人抱持泛種論(panspermia),認為隕石或彗星將微生物帶到地球上,才讓地球有了生命。不過,就算這的是這樣好了,那這些生命一開始是如何出現的,依舊沒有答案。

板塊構造論是怎麼一回事?
說來令人吃驚,但大陸板塊漂移引發地震、火山爆發、形成山岳等板塊理論,其實是近年來才廣受採納的。西元1500年左右,就有人認為大陸板塊原來是相連的(只要看過世界地圖,多半就能想像得到),但直到1960年代,海底擴張學說—即岩層被拖入地函,再次熔化並以岩漿形式回到地表—興起後,板塊相連論才有了堅實證據。然而,科學家依舊不確定板塊運動背後的動力是什麼,也不清楚板塊邊界是如何形成的。儘管理論多如牛毛,卻沒有半個能把一連串的板塊活動解釋得很完整。

動物如何遷徙?
許多動物和昆蟲會在不同季節時遷徙,以避開環境溫度變化,同時避免資源變少或找不到配偶的窘境。某些遷徙路程可能遵循單一方向,長達幾千公里,在這種情形下,動物要如何在每次遷徙時都循原路前進?每種動物使用的定位系統不太一樣,譬如有些會仰賴地球磁場,像指南針一樣替自己定位。不過,科學家仍然不確定這項能力是如何演化的,也不知道不具備這些能力的動物要如何在每次遷徙時都知道往何處去。

暗能量是什麼?
在所有科學謎團中,暗能量大概是最玄秘的了。據推測,暗物質佔了宇宙質量百分之八十,而暗能量則佔了所有宇宙事物的百分之七十。許多人認為,暗能量是宇宙膨脹的推手,但至今仍有許多疑問待解。舉例來說,暗能量是由什麼組成的?暗能量究竟呈穩定態,還是會隨空間膨脹而起伏波動?為什麼暗能量的密度,和一般物質的密度相近?暗能量能契合愛因斯坦的重力理論,或者我們得改寫理論嗎?

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研究出處:Top 10 Unsolved Mysteries of Science
譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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