1、現代科學十大未解之謎1.存在“最小粒子”嗎？ 1234在歷史上很長的一段時間里，人們曾經認為物質、時間、空間這些東西是可以無限分割的。莊子·天下中這樣說：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭。”用數學的語言來解釋這段話，意思就是你可以把1尺長的棍子進行無數次對半分割，第一次對半分割得數是0.5尺，第二次是0.25尺，第三次是0.125尺這個過程可以無限地進行下去。公元前四世紀的希臘哲學家亞里士多德也認為，物質是連續的，人們可以將它無限地分割下去，我們永遠也得不到一個不可再分割的“最小顆粒”。 1234相信最小顆粒是存在的，他把這種粒子叫做“原子”。德謨克利特認為所有的物質都是由原子組成的，

2、原子是一種不可穿透、不可分割的實體，一切原子都有著相同的性質，只是在形狀、大小、重量、排列、位置上有所不同。萬物有生有滅，但組成它們的原子卻不會跟著毀滅，只會從死亡的物體轉移到新生的物體身上。 1234后來科學家們的確發現了原子的存在，但它卻不是最小的粒子，它由質子、中子和電子構成，質子和中子又由被膠子束縛著的夸克組成從目前的情況看，電子和夸克似乎都是最小的“基本粒子”。之所以說它們是基本粒子，是因為任何與這些粒子的結構相關的現象，在實驗中都沒有觀察到，它們像是一個不可再分的點，而不像質子、中子、原子核和原子那樣，有可測量的大小。 1234粒子物理學家們建立了一個標準模型，來解釋目前已發現的所

3、有粒子和它們之間的作用力。但并不像德謨克利特說的那樣，只存在“原子”這樣一種最小粒子，標準模型中包括了62種基本粒子，被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子剛剛被找到，這樣標準模型中所有粒子的存在都已得到了證明。1234然而這些今天被稱為基本粒子的東西，就一定是不可再分的“最小粒子”嗎？人們以前曾經認為原子是最小粒子，但后來發現它其實是個復合體。隨著科技水平的提高，今天不可再分的東西，明天有沒有可能發現它又只是個復合體呢？1234這樣的過程，有沒有盡頭呢？假如從量子論的角度來看，世界不是光滑的，在粒子世界中，物質、能量、時間、空間都表現出不連續的特征來，因而世界必定不可能無限分割下去，最小粒子必定存

4、在。1234但這種分割，到什么時候才是盡頭，最小粒子究竟是多小呢？1234現代科學無法回答。2. “超光速”存在嗎？1234在經典物理中，判斷任何物體的運動狀態，都需要選定一個參照物。對于同樣的運動物體，假如選取的參照物不同，得到的結果就不一樣。按照這個思路，我們可以推測光速并沒有絕對值。假如一束光向你照過來，初始速度為C，當你以速度V向著光源的方向運動時，那么以你為參照物，光速就會變成C+V；而當你朝背著光源的方向運動時，你眼中的光速就應該是C-V。如果情況是這樣的話，那么就不存在“超光速”的問題了。然而1886年，美國物理學家阿爾伯特·麥克爾遜和愛德華·莫雷進行了物理學

5、史上赫赫有名的“MM實驗”，有了一個驚人的發現：在地球朝著不同方向運動時，檢測到的光速竟然沒有絲毫變化。這意味著，經典物理學的推測完全錯誤，不管你是在朝著光源運動，還是在向垂直于光源的方向運動，或者在背著光源運動，你看到的光速絲毫不會發生變化，都保持著恒定的速度C。1234后來愛因斯坦用“狹義相對論”解釋了這一現象。愛因斯坦說，高速運動物體的時間流速會變慢，自身的長度會縮小，正是因為時間和空間存在這樣的彈性，才導致不管你在哪里、從哪個方向見到的光，它在真空中的傳播速度都是大約每秒30萬公里，從來不會發生變化。1234但相對論有這樣一個前提：真空中的光速C是一個絕對量，是一切物體運動速度的極限，

6、也是一切實在的物理作用傳遞速度的極限。愛因斯坦說，世界上不存在“超光速”的運動物體和信息傳輸，這是相對論的基石。1234然而“超光速” 真的不存在嗎？相對論的這個前提，現在已經被量子論中的“EPR實驗”推翻了。“EPR實驗”是1935年愛因斯坦與兩位同事發表的一個旨在推翻量子論“哥本哈根解釋”的思維實驗。愛因斯坦指出，假如哥本哈根解釋是對的，那么分裂的兩個小粒子之間即使相隔幾十億光年，也必定會存在某種即時聯動，但相對論規定了任何信息的傳輸都不可能超過光速，宇宙中不存在超距作用的因果關系，所以小粒子之間超越光速的即時聯動是根本不可能的，哥本哈根解釋肯定有問題。12341982年，法國物理學家阿萊

7、恩·阿斯派克特帶領一個小組做了這個實驗。它的結果意義是如此的重大，以至于被一些人稱為“上帝的裁決”。實驗結果竟然是愛因斯坦輸了，事實證明分開的小粒子之間確實保持著一種微妙而神奇的聯系，類似于超越時空的“心靈感應”，這種關聯有一個拗口的專業名詞叫“量子糾纏”。“EPR實驗”表明，確實存在超光速的信息傳輸。愛因斯坦搬起石頭砸了自己的腳，他想用來否定量子論的思維實驗，最后反倒成了否定相對論的武器，這真是一個天大的幽默。除了存在超光速的信息傳輸之外，事實上超光速的運動速度也是存在的，例如電子表面的旋轉速度就要高于光速。1234超光速確實存在，相對論還能成立嗎？1234現代科學無法回答。 3.

8、 “暗物質”、“暗能量”存在嗎？1234按照現有的科學理論，宇宙的構成可以分為三個部分：空間、物質和能量，愛因斯坦的引力理論廣義相對論，把這三者緊密聯系在了一起。引力是衛星、行星、恒星運動的主要原因，一個物體施加給其它物體的引力大小，只取決于它們的質量和距離，因而只要觀察物體在空間的運動，就可以計算出引發這一運動的質量大小。比如在太陽系中，太陽質量所產生的引力，拖拽著各大行星繞著它轉動。離太陽越近的行星受到的引力越大，保持軌道所需要的運動速度就越快。根據引力方程，只要知道了行星圍繞太陽旋轉的速度，以及它們之間的距離，就可以計算出太陽的質量；或者也可以根據后兩者的數據，反過來計算行星的軌道。12

9、34廣義相對論在計算太陽系各星體的質量和它們的軌道方面取得了成功。從理論上說，廣義相對論的運用應該不僅僅適用于太陽系，同樣可以擴大到星系層面，能用來解釋星系質量與星系內恒星的運動速度之間的關系。因為一個星系中的大部分恒星都處在星系盤上，在不斷地圍繞著星系中心運動，這和行星在圍繞著太陽轉動沒有什么兩樣。1234然而問題出現了。在所有的觀測中都發現了同樣的情況，那就是星系的質量與星系內恒星的運動速度不匹配，根據引力方程計算的結果，星系必須擁有比現在大得多的質量，才有可能將這些恒星保持在它們現有的軌道上。這些質量到哪里去了呢？科學家們猜測，星系中應該存在著一類我們看不見的物質，那就是“暗物質”。這些

10、暗物質自身不發射電磁輻射，也不與電磁波產生相互作用，這樣我們就無法感知到它，只能通過引力產生的效應猜測它可能存在。1234“暗能量”的發現照樣跟引力有關。人們想，從引力的角度來看，既然宇宙中的每一個部分都被其它部分吸引著，那么它應該能夠遏制宇宙的擴張。然而我們觀測到的事實卻是，宇宙正在加速膨脹。這一事實暗示著，必定存在一種東西，在推動著宇宙的膨脹，它是不同于已知的物質、能量和暗物質的東西，人們把它稱為“暗能量”。1234對于暗物質是否真的存在，人們其實沒有絕對的把握。因為還存在另外一種可能，那就是也許愛因斯坦的廣義相對論，僅僅只是在太陽系內適用，一旦擴展到星系、星團甚至整個宇宙的層面，那就完全

11、失效了。這種情況完全有可能出現，萬有引力定律只是相對論這個更普適理論的一個特殊情況，說不定相對論本身也是如此，只是一個更大理論的組成部分？1234同樣地，對于暗能量是否真的存在，我們目前更是無法確認。1234假如愛因斯坦的引力方程在整個宇宙中都適用，那么根據最近的測量，宇宙中僅有5%的物質和能量是常規物質，其余是23%的暗物質和72%的暗能量。也就是說，我們目前所能了解的只是宇宙5%的部分，對于其余絕大部分我們還一無所知。1234暗物質與暗能量時刻都在提醒我們，我們對于世界的認知過分依賴于我們的感官和思維。假如有一種事物，既不為我們的感官所感知，又不與我們能感知到的事物之間產生相互作用，那么我

12、們根本就不可能斷定它是否存在。1234暗物質、暗能量是否真的存在？世界上會不會有這樣的事物，它雖然存在，我們卻永遠也無法感知？比如鬼魂、科技高度發達的外星人，還有上帝？1234現代科學無法回答。4. 為什么會出現“寒武紀生命大爆發”？1234“寒武紀生命大爆發”通常被用來當作否定進化論的證據。在物種起源一書里達爾文提到，自己的理論中存在幾個很難解釋的疑點：1234第一個疑點是，如果物種是經過細微的漸變演化而來，那么為什么見不到大量的過渡類型呢？為什么自然界的物種之間的區別是那樣的明顯，而不是彼此混淆不清的呢？假如說那些過渡類型已經滅絕了，那么就應該要有大量化石證據，但為什么沒有呢？根據達爾文的

13、說法，物種的進化，是隨機變異通過自然選擇作用后累積下來的結果，這種變化是漸進的、連續的，這樣一來，就必定會存在大量的中間過渡物種。比如，目前多數人認為鳥類是由恐龍進化而來的，由于進化是連續的，在漫長的演變過程中，必定會出現無數介于恐龍和鳥之間的物種，而且這樣的生物應該很多很常見，然而事實上卻根本沒有。1234第二個疑點是，像眼睛這樣的復雜器官的生成，也能用自然選擇來解釋嗎？1234 一個簡單的例子就可以從邏輯上推翻復雜器官自然生成的結論。“放屁蟲”的防衛系統由以下部件構成的：過氧化氫和對苯二酚、由外胚層腺體產生的酶觸催化劑、儲囊、括約肌、膨脹器、外排導管。其工作原理是，儲囊中儲存著過氧化氫和對

14、苯二酚的混合物，當發現威脅時，括約肌就會像控制閥一樣打開，把混合物送入膨脹器中，然后再注入酶觸催化劑，引發劇烈的爆炸后從尾部的外排導管精確噴出，噴到倒霉的敵人臉上。如果這種防御系統是進化而來的，那么從實用的角度出發，應該先進化出能夠攻擊敵人的化學物來。但過氧化氫、對苯二酚和酶觸催化劑只有三種混合在一起，才有可能發生爆炸，僅僅進化出其中一種來，就毫無作用，它們中的哪一種最先出現呢？而且即便三種化學物質能夠同時出現，如果沒有括約肌這個控制閥門的阻隔，放屁蟲就會把自己炸成碎片，這顯然是不現實的。但是在還沒有化學武器之前，放屁蟲會先進化出一個控制開關來嗎？不管放屁蟲先進化出防御系統中的哪一個部件來，都

15、完全發揮不了作用，不會對它的生存有任何幫助，反而會成為累贅。按照進化論的觀點，這種變異只會被淘汰，而不可能在此基礎上增加更多的累贅，直到最后所有的累贅疊加在一起，形成一個完整而有效的防御系統。僅僅是這樣一個簡單的器官，從邏輯上來說都不可能通過自然選擇作用生成，那么這一選擇作用，又如何能夠自然生成像眼睛這樣要更復雜得多的器官呢？ 1234第三個疑點是，像蜜蜂筑巢這樣極其復雜的本能，怎么可能由自然選擇作用而獲得和改變？1234人在一生中會學習很多的本領，這種本領是無法代代相傳的，即便你的英語學得再好，你的孩子也不可能天生就懂英語。蜜蜂筑巢也是一種復雜的本領，這種本領為什么能代代相傳，蜜蜂們不用學習

16、天生就會呢？自然選擇作用能對此作出解釋嗎？1234進化論已經發表了150多年，然而達爾文最初的疑惑，卻至今仍然不能得到解決。假如進化論是對的，那么會出現這樣的事情，就顯得很不可思議了。其實除了上面幾個問題之外，還有一件事情對于進化論的打擊更大，那就是“寒武紀生命大爆發”。1234達爾文認為是持續不斷發生的隨機變異逐漸積累，最后形成了新物種，那么可以想象，物種是漸變式進化的，生命由低級到高級依次出現，這個過程發生的時間應該拉得很長。然而情況并非如此。地球誕生于約46億年前，但物種卻不是在幾十億年的時間跨度內逐漸出現的。化石證據表明，幾乎所有重大生物類群，都是在距今約5億年前的寒武紀，在短短幾百萬

17、年時間內一下子突然間冒出來的，這就是“寒武紀生命大爆發”。1234這是一次生命的壯麗綻放，其規模之大絕對超乎想象，甚至那時候生物的種類，比現在還要多得多。我們現在能夠看到的生物門類，在寒武紀幾乎都能找到；而那時有的生物，有多達20個門現在已經消失了！1234如此眾多的生物種類在短暫的時間內集體亮相，這種現象怎么用進化論來解釋呢？它更像是大自然一次狂放的實驗，是造物主對于物種的集中投放，其中大部分都是不成功的試驗品，不久后就滅絕了，只有少數存活下來，成為后來所有物種的祖先。1234進化論錯了嗎？生命演化的過程究竟是怎樣的呢？“寒武紀生命大爆發”是造物主在集中制造生命嗎？1234現代科學無法回答。

18、5.為什么會發生“宇宙大爆炸”？1234總體來說，當前在學術界還是“唯物論”的天下。唯物論者們最希望看到世界是無限的、永恒的，因為他們堅持認為物質是世界的本原，但卻沒辦法合理解釋，作為世界本原的物質它自己又是從何而來的。所以假如我們是生活在一個無邊無際、無始無終的宇宙中，那么物質就是永恒的存在，也就不需要回答物質如何起源的問題了。1234然而唯物論者們的美夢，被“宇宙大爆炸理論”打破了，我們來看看這一理論是怎么回事。12341666年，牛頓發現白光其實是一種復合光，它在通過三角形棱鏡時，能分解成彩虹一樣的多種顏色，這種現象叫做“色散”，分開的單色光依次排列而成的光帶叫做“光譜”。后來人們將望遠

19、鏡聚焦在一個單獨的恒星或星系上，觀察從那里射來的光線的光譜，根據“多普勒效應”，通過分析這些光譜，可以確定這些星體相對于我們是靜止的還是運動的，是在朝著我們而來，還是在離我們而去。假如它們在離去，那么我們接收到的光，波長將較長，光譜會向紅端移動，這叫“紅移”；反之則會向藍端移動，叫“藍移”。20世紀20年代，當人們利用這一原理來觀察那些遙遠星系時，原本預料會發現同樣多的紅移和藍移光譜，因為那時以為星系是隨機運動的。然而事實出人意料，在對銀河系外的其它星系進行觀測時人們發現，除了少數離我們最近的星系外，幾乎所有河外星系都表現出紅移來，它們都在離我們而去，而且離得越遠的星系，離開我們的速度越快。1

20、234這一現象應該如何解釋？為什么幾乎所有的星系都在遠離我們？人們想到了一種可能：宇宙不僅是有限的，而且正處在不斷的膨脹之中，所以宇宙空間的任何兩點都在相互遠離。這一想法促成了“宇宙大爆炸理論”的誕生。大爆炸理論認為，我們的宇宙誕生于137億年前的一個“奇點”，然后出現了爆炸式的膨脹，生成了眼前這個廣袤的宇宙。宇宙膨脹的趨勢一直延續至今，它就像是一個從那時一直被吹到現在的氣球。這一理論令人匪夷所思，然而科學家們拿出了有力的證據。大爆炸理論預言，宇宙誕生時大爆炸的余波，至今應仍在宇宙中回蕩。結果1964年美國天文學家彭齊亞斯和威爾遜，在偶然中發現了宇宙背景微波輻射，證實了這一說法。這個發現為大爆

21、炸理論提供了強有力的支持。后來越來越多的證據支持了大爆炸理論，越來越多的人接受了這個奇怪的理論。這一理論表明，宇宙有起始，極可能也有終結，并不是永恒的存在。1234在大爆炸理論中，存在一些很容易讓人誤會的問題。1234第一個是“奇點”。說到奇點，許多人很自然地就會認為，奇點是一個密度無限大、溫度無限高、體積無限小的點。但現在也有很多人認為，所謂的奇點其實只是一個起始的時點，一個界限，而不是具體的實物，它指的是宇宙誕生的那一個瞬間。1234英國物理學家保羅·戴維斯這樣說：“整個宇宙完全是從無中生出來的，其創生過程符合量子物理的定律。這樣的宇宙在其成長過程中創造了一切物質、一切能量，從而

22、建成了我們現在所看到的宇宙。這樣，這種理論說明了一切物理性的東西（包括時間和空間）的創生。這種量子時空模型并不規定一個不可知的奇點來給宇宙開頭。”1234第二個是“爆炸”。有人說，宇宙誕生之前并沒有物質，既然沒有物質，那么怎么可能發生爆炸呢？其實他們是誤解了這個名詞。之所以用“大爆炸”這個詞來命名這種理論，主要是用來形容宇宙膨脹的突兀和迅速，并不是真的有什么東西在宇宙誕生時被點爆了。美國天體物理學家艾弗琳·蓋茨這樣說：“盡管名字聽起來很嚇人，但大爆炸并不是空間中發生的爆炸，而是時間和空間的起點或者更準確地說，是當前人類對物理學的領悟能把我們帶到最接近起點的地方。”大爆炸理論是否正確，

23、目前存在一定的爭議。但即便它是對的，也還會有一個疑問在等著我們：為什么會發生宇宙大爆炸？它是出于什么樣的緣由？難道是造物主按下了創世的按鈕？1234現代科學無法回答 6.時光能倒流嗎？12342000多年前，孔老夫子在岸邊看到河水沒日沒夜流個不停，感慨時光如流水，奔騰不息，一去不返，論語中留下了這樣的記載：“子在川上日：逝者如斯夫！不舍晝夜。”1234最陌生的是最近的你。有時候你最熟悉的人在關鍵時候做出的事情，會讓你感覺到根本就不認識他。在日常生活中一些你十分熟悉的概念也是如此，比如“時間”。1234“時間”是什么？這個概念似乎每個人都清楚得很，但實際上卻未必如此。1234很久以前古人就已經意

24、識到，有些事物的存在很短暫，如天上的白云蒼狗，有些事物的存在長得不可思議，比如天上的那輪明月，從古到今都是同一個模樣。也許就是因為觀察到了事物運動變化的長短差異，才讓古人們產生了“時間”的概念。古人們發現，計量時間的最好辦法，是找到一些以固定的周期循環變化的事物來做參照。于是不管在地球上的哪一個角落，人們都不約而同地采用了同樣的解決方案，那就是把一個春、夏、秋、冬四季輪回稱作一年，把一個朔望月的循環稱作一月，把一個晝夜交替稱作一日，現在我們知道那分別代表著地球繞太陽公轉一周、月亮繞地球公轉一周和地球自轉一周。為了準確計量時間，古人發明了“日晷”、“漏壺”等計時工具。后來隨著技術的進步，出現了更

25、精密的儀器鐘表，現在最精確的原子鐘，2000萬年內誤差不超過1秒，可見人類對于時間的把握，已經達到了何等精準的地步。1234到了這一步，人們對于時間的認識似乎已經是毫無懸念了。然而事實果真是這樣嗎？不，對于時間，人們其實還存在著一大堆的疑問。1234從常識上看，事物總是有開端的，那么時間是從什么時候開始的呢？大爆炸理論說宇宙誕生于137億年前，那么時間就是從“奇點”開始的。但在奇點之前呢？奇點之前的時間是怎樣的？物理學家們往往以“宇宙誕生之前的時間沒有意義”的含糊其詞來搪塞，其實是回答不出來。時間起始之前還有時間嗎？難道真像那些被問到“創世之前上帝在做什么”的教徒們回答的那樣：“那時上帝正在為

26、問這類問題的人準備地獄”？在以往人們的印象中，時間是在均勻流動著的。假如把宇宙演化比作是一場規模宏大的電影，那么它的播放速度是恒定的，而且停不下來。但愛因斯坦的相對論打破了這一觀念。相對論表明，物體的運動速度越快，或者引力場越強，它的時間流速會變慢。你能想象嗎？宇宙飛船上的時鐘“滴答”一下，和地面上的時鐘“滴答”一下，它的時間長度是不同的！假如你乘坐接近光速的飛船去茫茫宇宙中探險，10年后回到地球時，地球上有可能已經過去幾千年了！ 運動速度越快，時間流速就越慢，當運動速度達到光速后，時間就完全停止了。古往今來，不知有多少的帝王將相奢求永葆青春，長生不老，希望時間這把殺豬刀對他們刀下留情，看來這

27、并非完全是不切實際的幻想。1234宇宙演化的這場電影原來不一定是勻速播放的，它可以慢播、快播，甚至還可以按暫停。這一事實大大出乎人們原先的意料之外，也就不由地會想到一個更深層次的問題：它能不能倒播呢？既然能夠永葆青春，那可不可以返老還童呢？1234時間的控制按鍵掌握在誰手里？時光能夠倒流嗎？1234現代科學無法回答。7. 世界是意識決定的嗎？1234要說哪一種現代科學理論最神秘莫測，“量子論”假如排第二的話，沒人敢排第一。1234量子論研究的是微觀粒子世界中的現象。這一理論的核心內容，主要包括海森堡的“不確定性原理”、波恩的“概率解釋”以及玻爾的“互補原理”。它們都是如此的詭異，能徹底顛覆你對

28、世界的認知。1234在學習中學物理時，一般會碰到這樣的題目，告訴你炮彈的初始位置在A點，初始速度是V，初始射角是（這些統稱為炮彈的初始狀態），讓你計算在時間T之后，炮彈會在哪個位置，速度是多少。1234這個題目充分反映了經典力學對于世界的認識。它認為任何事件都有前因后果，這種因果關系可以用科學定律來描述。我們只要知道了“初始狀態”，根據科學定律和方程，就可以預測事情的經過和結果。1234然而這個題目在量子論中卻根本不成立。經典力學眼中的世界是確定的，任何事物都有確定的狀態，比如一個籃球，在每一時刻都有確定的位置和速度。但在量子力學中，海森堡的“不確定性原理”說，粒子不可能同時具有確定的位置和速度（通常說動量），最多只能確定其中之一。它表明，粒子根本就不像籃球那樣，有確定的初始狀態，粒子世界完全是