21世纪科技10大难题.doc

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,如量子色动力学、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”。