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难倒科学界的八个难题

2009-09-03 10:03:41 来源: 环球科学
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关于语言、左右手适用习惯、流感的季节性、超导性、反物质、质子自传、宇宙射线和性别的8大未解起源。

1、流感的季节性

在温带,流感和寒冷天气总是如影相随:在北半球,流感高发期是在11月份至次年的4月。但流感病毒自身的活动却没有“周期性”,它们在一年中任何时候都可以在人群间传播。在热带,流感病毒的传播几乎没有季节性,而且在温度较高的月份,还可能产生新的流感病毒,比如今年出现的HINI。

目前,科学家已提出很多种可能原因,来解释为什么一年中,流感病毒在某些月份更易在人群间传播。寒冷、干燥的空气有助于流感病毒在地表生存,而缺乏维生素D(人体内维生素D的含量与阳光照射量有关,在冬天,阳光照射量偏少),人们的免疫能力就会有所下降,给流感病毒有机可乘。另外,如果天气过于寒冷,人们喜欢聚集在屋里、学校或办公室,更有助于流感病毒的人际传播。房间内的加热系统(如中央空调)也与流感传播有关:一旦有病人咳嗽,他咳出的带有病毒的气溶胶能很快传播到其他房间。

上述原因听起来都很合理,但实际上,几乎没有相关研究来支持甚至反对这些“假说”。在2007年的“流感季”,美国塔夫斯大学的埃里克 劳夫格伦发表一篇综述,他们认为,流感病毒呈季节性传播的原因很可能是多种因素共同作用的结果。

2、高温超导的起源

上世纪80年代中后期,物理学家在对铜氧化物研究时发现了一个令人叹为观止的电学特性。该材料在液氮温度(77K,-196℃)下出现了超导现象。而在此之前,其他超导材料的工作温度都在绝对零度(0K,-273℃)附近。图中所示为一块磁体漂浮在与它极性相反的强磁场中,而这个磁场是由液氮降温的铜氧化物超导体产生的。

由于铜氧化物超导转变温度(transition temperature)相对较高,它也因此掀起了超导领域的一场革命,促使物理学家重新审视已经被接受的超导理论——BCS理论。BCS理论指出,当电子对形成的时候,就会有超导电流产生。一个电子从物质中间穿过的时候,就会轻微地拉动该物质带正电荷的晶格,它后方的正电荷密度就轻微提高了,这个正电荷密度增大的区域就可以吸引另一个电子的到来。这样一来,这种所谓的“库珀电子对”的联系就变得较弱,不计其数的库珀对就可以没有能量损失地流过晶格。不过,BCS理论还预测,一旦温度超过39K,周围的热量就会导致晶格振动过于剧烈,破坏库珀对的稳定性。

在高压环境中,铜氧化物甚至可以在164K的温度下进行超导,远远超过了BCS理论39K的极限,因此超导必须一个新的理论来支撑。而铁基超导材料(超导转变温度也远高于绝对零度,但低于铜氧化物)的发现,或许能为破解高温超导之谜带来新的希望。

3、语言

当600万年前人类和黑猩猩从同一祖先沿不同分支向前发展时,我们人类就开始发展出说话的能力——传播八卦、争吵、抱怨以及装腔作势。然而由于诸如声带、喉、舌头、小舌以及大脑这样的软组织并没能保留在化石当中,所以我们的祖先究竟是在什么时候进化出说话的能力,以及经过多长时间这种能力才最终被人类掌握,我们不得而知。

其他动物也会交流——土拨鼠警觉的叫声是在警告其他伙伴周围有捕食者;饥饿的猫喵喵地叫是告诉它的主人赶紧把食物放下来给它吃。然而这些动物的“语言”都没有语法,也缺少复杂性。婴儿是如何掌握语言能力的?这一争论从未停歇,然而至今也没有明确答案。或许正如诺姆·乔姆斯基所说,人类天生就具有“万能语法”,抑或语言是我们大脑处理信息的一部分。

在乔姆斯基的著作《第一个词语:追寻语言的起源》中,她问几个主要研究人员一个问题:如果将婴儿放在一个孤单上生长,它们还能否发展出语言能力?几乎所有人都认为,婴儿会发展出一些交流形式,但是不会形成一套完整“正常的”语言体系。

大黄 本文来源:环球科学 责任编辑:王晓易_NE0011
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