资本实验室·今日创新观察

聚焦前沿科技创新与传统产业升级

王进

在过去一个世纪，人类科技取得了惊人的进步，并帮助我们回答了我们是谁和我们所居住的世界这两大基本问题。然而，我们面对的仍然有很多未解之谜。

例如，为什么我们每晚都必须睡觉？为什么某些声音让我们如此兴奋？为什么我们仍然无法“看到”暗物质？外星人到底在哪里？……几十年来，甚至几百年来，人们一直在争论这样的问题。

乍一看，这些问题好像虚无缥缈，似乎没什么意义；又好像如此平常，一般人根本就不会去想。但是，正是这些问题，包括这些问题的提出和解决过程，推动着人类不断前进。

2018年，六个平常而又伟大的谜题仍然困扰着科学家们。幸运的是，我们会坚持不懈地去探索这些奥秘。而且，现在我们比以往任何时候都更加接近真相。

1.我们到底为什么需要睡觉？

我们知道，在这个星球上，有很多人因为睡不好觉，而对自己的生活与工作带来或轻或重的不利影响。与此同时，众多的创业公司也为解决这一问题带来了从移动应用，到睡眠用具等各种解决方案。

但是，我们为什么需要睡觉？这似乎是一个简单的问题，但答案远比你想象的要复杂得多。已经有无数的理由和猜想来解释为什么人类每天晚上需要睡觉，但是科学家仍然无法给出一个明确的答案。

睡眠科学为睡眠阶段和大脑活动的复杂性提供了一些线索，但最终只是为这个不完整的谜题补充一点内容而已。

我们没有太多可以比较的东西，因为其他动物的睡眠模式和大脑活动与人类存在着明显差异，这让我们对睡眠研究更加困惑。

Jerry Siegel是美国加州大学洛杉矶分校塞梅尔神经科学和人类行为研究所的精神病学教授，一直致力于动物睡眠习惯的研究，以了解为什么人类每晚都需要进入睡眠状态。

Siegel认为：“我们对睡眠的理解和定位与任何其他动物都不同，因为我们大多数人都希望每天24小时都保持清醒。但是在自然界中，消耗大量能量的动物是无法生存的。“

“例如，冬眠使得某些动物能对能量进行恢复和储存，”Siegel解释说：“在物种之间，节省能量是睡眠的主要进化动力”。

非洲大象在野外每天只能睡2个小时，可能是因为它们需要用剩余的时间来进食，以确保有足够的能量来维持庞大身体的运作。

节能理论是科学家用来解释我们睡眠的原因之一。由于科学家们已经创造了可以在睡眠过程中跟踪大脑活动的工具，他们已经接近完成这个难题，揭开睡眠的所有奥秘。

例如，大脑有适当的机制，允许它在睡眠中清除不必要的信息。威斯康星大学麦迪逊分校精神病学教授Giulio Tononi认为：“睡眠是我们学习的代价”。

Tononi的研究团队对小鼠进行了实验，发现小鼠睡眠后，神经突触强度显著低于睡眠前。

该研究团队认为：大脑需要减少这个活动，以巩固它在醒着时收集的信息。大脑在白天受到各种信息的轰炸，并以强烈的神经联系加强它。为了将新的信息与所有现有的信息混合起来，这些连接需要削弱，才能“吸收”它。

换而言之，睡眠能够让大脑把新的信息变得柔韧，以适应所有的旧信息。

虽然这个理论优雅地描述了大脑在睡眠中制造新信息的过程，Tononi教授和其他神经科学家还没有明确证明睡眠是确实必要的。

为了充分理解睡眠，睡眠科学家需要更好地了解大脑在清醒和睡眠周期中的神经生物学过程。例如，为什么有些人能够在极其嘈杂的环境中睡觉，而另外一些人却不能？

一旦我们能够准确地测量出人类大脑的清醒或睡眠状态，这将使我们进一步了解关于睡眠的全部内容。

但有一件事情是非常明确的：没有睡眠，我们的生活就会每况愈下。Siegel教授说：“我们知道，如果你睡眠不足，你的注意力会与睡眠中受到的干扰有关。”睡眠不足会直接影响到你对周围环境的关注程度。“当然，当你开车的时候，只要有两秒钟失去警觉，就可能是致命的。”

2.什么是暗物质，为什么我们看不见它？

暗物质？我们看不见它，我们不知道它长什么样子。但是，在已知宇宙的物质中，它们占到了26％以上。

自从1922年荷兰天文学家Jacobus Kapteyn推测暗物质存在以来，由于暗物质与我们所能观察到的物质之间的相互作用，我们得知它的确存在，但它仍然是我们看不见的神秘物质。

我们所看到的大部分物质都是由中子、质子和电子组成的。但暗物质不属于这些分类。它由各种不同的粒子组成，我们还不能对它们进行分类，它们以完全不同的方式与光线和物质相互作用。

暗物质不吸收、反射或发光。但受它的引力影响，它附近的光线会发生弯曲，这是科学家们得以知道暗物质存在的观察方式。

研究人员一直在研究这个现象，试图揭开它的奥秘。

最近，欧洲核子研究理事会（CERN）的大型强子对撞机让我们更接近真实。研究人员正在努力通过加速微小粒子来识别不可见的物质，然后研究它们高速碰撞时涉及的能量和动量。

研究表明，引力波探测器可以让我们第一次“看到”暗物质。但是对于宇宙中这个最丰富的物质的真相，我们可以说仍然一无所知。

3.宇宙是如何形成的？

我们正在接近拼凑出宇宙最早的时刻，但它的真正起源仍然是一个谜。保罗·萨特（Paul Sutter）是俄亥俄州立大学的天体物理学家、哥伦布市科学与工业中心（COSI）科学中心的首席科学家。他说：“任何关于‘创造’的理论或模型在这一点上都是令人难以置信的推测。”

关于宇宙起源的最著名的理论莫过于宇宙大爆炸理论。在该理论中，宇宙是从138亿年前的一个极度炙热和致密的奇点扩展而来。

但是人们理解错了，如果他们认为事情只是简单地从零开始，那么“宇宙大爆炸时，应该发生在宇宙的每一个角落，它不是宇宙中的爆炸，而是空间的爆炸。”然而，究竟是什么导致了这一现象（那里到底发生了什么）仍然是未知的。

Sutter教授说：“我们越早进入宇宙的历史，我们就越不了解。虽然我们捕捉到了三十万年前宇宙的短暂一瞬，但科学家仍然在猜测宇宙初始时期的极端力量。”

就像所有好的谜团一样，一个看似简单的问题会产生更多的问题，在我们找到答案之前我们必须先解决这个问题。

Sutter说：“由于我们没有从量子方面来完全理解重力，所以我们无法知道最早的时刻是什么样。”

为此，为了充分理解宇宙的诞生，我们需要对物质和反物质的物理规律有一个全面的认识。

这是一个问题，因为欧洲核子研究理事会最近证实，粒子物理学的标准模型无法解释大爆炸产生的大部分物质，必须要调转研究方向。

一旦我们完全理解了反物质的性质及其与物质的相互作用，我们并不会对宇宙的起源有一个最终的答案，但是我们将会更加接近理解它是如何形成的。

4.第九大行星在哪里？

在柯伊伯带（太阳系在海王星轨道（距离太阳约30天文单位）外黄道面附近、天体密集的中空圆盘状区域）以外，一个神秘的物体组合正在绕着太阳旋转。

它们的轨道比海王星更远离太阳，但是一些物体的轨迹似乎不符合预期的模式。它们中的大多数围绕着海王星，通过强大的引力保持在行星轨道上。但是这些物体中的一小部分似乎被质量更大的物体拉扯了出来。

康斯坦丁·巴蒂金（Konstantin Batygin）是加州理工学院地质与行星科学系的助理教授，他认为，这些特性至少部分是由于太阳系中第九颗行星的存在而造成的，这颗行星尚未被发现。

我们可以把太阳系看作一个巨大的圆盘。这些行为奇怪的物体的轨道似乎使圆盘的边缘向上弯曲。第九大行星需要有巨大的吸引力，拥有比地球更大的质量。然而，我们还不能够证明它的存在。在某种程度上讲，我们只是刚开始寻找它。在2014年，科学家们首次开始对它的存在进行理论分析。

然而，这并不是第九大行星未被发现的唯一原因。“我们还没有找到它，因为它非常模糊。”Batygin教授说，“用最好的望远镜，我想我们可以勉强探测到它。”

红外分析解决不了问题，因为仪器不够灵敏。这迫使天文学家寻找反射光，这是比红外分析更具挑战性的任务。

因为，行星反射的任何光线都必须从太阳到太阳系的远点，从第九行星反射回来，然后回到地球，而反射光在穿越空间时呈指数衰减，从而让我们难以发现这个星球。

然而，随着科技的进步，一个更灵敏的望远镜或许能记录从它反射回的光线，从而证实第九行星的存在。天文学家们还利用计算机模拟来估计它的运行轨道，以便更好地了解它何时会在哪里。它可能只是处在轨道的某个点上，只不过因为太过遥远而无法被观测到。

5.为什么这些声音让我的大脑兴奋？

您可能在视频网站上见过这种类似的大量视频：以低沉的声音讲述，伴随着柔和的声音，如按摩一块织物或一个理发器发出的微弱嗡嗡声。专门的麦克风能让你身临其境。对于一些人来说，这种声音会产生头皮按摩的感觉。

这种体验的结果是：大约90%的人的大脑能够感觉到一种放松与共鸣的状态。但为什么会发生，为什么不是每个人都能感觉到，目前还不得而知。

Craig Richard是美国雪兰多大学生物学教授兼ASMR（自发性知觉经络反应）大学的创始人。自2013年起，他就一直在研究这种奇特的感觉。

“我们正处在解读ASMR背后的科学的初期”，虽然过去的生物学研究表明，产生ASMR体验和没有产生这种体验的大脑在功能连接上是不同的，但ASMR仍然是一个谜。

为什么只有一部分的人类能够体验到它？甚至它为什么存在？他说：“我认为没有一个解释能满足所有人。”

6.智慧外星生命到底在哪里？

宇宙有上百亿年的历史了。考虑到宇宙的年龄和浩瀚无垠，我们很难理解，为什么我们还没有发现其他智慧生命的迹象。基本概率表明，我们现在应该已经找到了外星人，可他们到底在哪里？

天文学家和物理学家提出了许多理论来进行解释。一种理论认为，有一个巨大的灾难性的事件，阻止任何文明的接触；而另一种理论认为外星人存在于遥远的卫星的厚厚的冰层和岩石之下。

如果我们的太阳系存在外星生命，研究人员认为它很可能是微生物，而不是智慧的外星生命。这些外星生物被认为是在小型而又冰冻的行星上，如土星或木星的卫星。

美国NASA的科学家已经对这些卫星上的巨大海洋的组成和状态进行了研究，并计划在未来十年内前往木星的冰卫星木卫二进行观察。

他们预测，大量的水的存在可能会使外星生物得以繁衍。但到目前为止，这些只是根据伽利略卫星的发现，以及广泛的扫描和观察而得到的猜测。

但是，即使我们找到了外星生命，我们是否能够认出它呢？

寻找熟悉的以水作为生命支撑的碳基生命形式可能会限制我们寻找外星生命。科学家们必须能够将外星人的信息与太空中所有其他的噪音完全区分开来，即使如此，也远非简单。如果他们的信息与其他频率没有区别呢？如果他们不想被发现呢？

无论如何，搜索远未结束。事实上，在许多方面，探索只是刚刚开始。

|编译：王进 原作者：Victor Tangermann