首页 -> 2006年第4期
２１世纪１０大科技难题（上）
作者：佚 名
（奇 奇）
粒子物理学的两个谜
在当代的粒子物理学中有两个谜：一是对称破缺，二是看不见的夸克。
目前我们了解的理论，如量子动力学、爱因斯坦的普遍相对论，都是来源于对称的。可是在我们的宇宙里，还有不少东西不守恒，这就很奇怪。我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的？这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外还有一个力。这个力是推翻对称的。这个力是什么，我们不了解，它的存在是关于粒子物理学的第一个谜。现在我们认为，很可能真空在里面起作用，真空有很复杂的性质。如果我们了解了对称性的来源，很可能就可以了解质量的来源，包括暗物质。
第二个谜即是看不见的夸克。我们知道，所有的物质都由两类基本粒子组成，一类是夸克，一类是轻子。我们现在已经发现有6种夸克和6种轻子。我们有充分的实验证据表明，夸克是存在的，我们知道其质量不大，但就是看不见。所以，为什么一切强作用的物质都是由夸克构成，而夸克却看不见，这是一个很奇怪的事。
生物学难题：生命是怎样开始的？
1922年，苏联生化学家亚历山大·奥巴林提出一个著名的假说：生命来自闪电。太阳和地球自身的放射性能量作用于大气层中的无机分子，使之变成有机分子；它们在地球湖泊、海洋提供的“原始汤”中“定居”，发展成为原始的生命。
1950年，美国芝加哥大学第一次用实验来验证奥巴林假说。他们模拟“原始汤”，在水中加进甲烷、氨等分子，加热并通以电火花。一个星期之后，甲烷中有5％的碳变成了氨基酸分子，而氨基酸正是构成生物蛋白质的基本单位。
此后，科学家进行了许多类似的实验，不仅从无机物中得到了各种氨基酸，而且得到了核苷酸、磷脂等构成生命的重要有机分子。这样，生命起源第一步——化学无机分子怎样变成有机分子基本上搞清楚了。
然而更困难的是第二步——有机分子怎样组成具有生物繁殖能力的细胞？
美国迈阿密大学生化学家福克斯对此进行了研究。他相信，细胞起源于一种由类蛋白组成的微球体。他将这种微球体称之为前细胞。他已在实验室里得到了这种微球体。这种由氨基酸分子选择性结合而成的类蛋白微球体，具有类似细胞的功能；能新陈代谢，能自我复制，甚至对光的刺激具有类似神经信息的反应。最近，福克斯还发现，如果微球体中含较多的赖氨酸时，能催化氨基酸链和核苷酸链的形成。
另外一些科学家则相信，生命是从具有遗传密码的核糖核酸自我复制开始的。他们在实验室里模拟这种原始过程。
最近，英国克拉斯哥大学的化学家彻因、史密斯等人提出了生命起源于黏土的理论。他们认为，核糖核酸起源于黏土晶格。在实验中，由硅、氧、铝等元素形成的黏土晶格，能吸引周围游离的晶体，按一定规则排列分层，还能吸收和贮存环境中的能量，并释放出来。这种黏土结构像一种模板，不断复制出相同结构的黏土层。也许正是从这种黏土中，进化产生了原始的脱氧核糖核酸。
看来，我们必须重新考虑生命的概念，因为任何教科书关于生命的定义都是：有高度组织，结构稳定，有适应环境能力，能自我复制。而黏土晶格模板也具有这些特征，黏土是不是具有生命呢？没有人能够回答。从无生命进化到有生命的漫长过程中，还有一大段未知领域。
天文学难题：宇宙高龄几何？
现代宇宙学理论告诉我们，宇宙起源于“大爆炸”，宇宙中所有的星系均彼此远离，宇宙处于普遍的膨胀之中。因此，如果能够知道宇宙的膨胀速度，便可直接推算出宇宙的年龄。宇宙膨胀速度的大小由一个关键数值决定，这就是“哈勃常数”。其值越小，宇宙膨胀得越慢，宇宙达到目前的规模所花的时间也就越长，即宇宙的年龄越大；反之，宇宙膨胀得越快，宇宙就越年轻。因此，若以地球为中心，一直伸展至看得见的宇宙边缘，其距离就可透露宇宙的年龄。天文学家尚未能一致肯定看得见的宇宙究竟有多大，其中一个主要原因在于大爆炸发生的确实时间是个谜。
人类学难题：人类的祖先是谁？
一些加州生化学家研究线粒体内的DNA。线粒体是细胞能源的制造工厂，每个人体细胞都藏有它。这种线粒体里的DNA，不易混合，并会由一代累积遗传给下一代。研究线粒体的DNA，是追寻人类起源的一个可靠方法。从考察不同人种妇女的线粒体DNA，发现累积DNA最多的妇女是来自非洲，由此说一小部分非洲人口，衍生成今天各种肤色的人种。
这一论调似乎已为人类祖先谁属的问题找到了答案。不过，华盛顿大学遗传学家坦普尔曼认为，上述理论值得商榷，他认为生化学家的分析技术未臻完善。因此，人类的祖先是谁，仍然是个谜。