小中大5、超高能宇宙线
通常我们认为,亚原子粒子是微小而无害的。但在1991年10月15日,天文学家发现,一颗击中地球大气层的粒子携带的能量,竟然跟砸到你脚面上的保龄球不相上下。从那时起到现在,一共有好几十颗如此“强悍”的粒子击中地球。不管是什么东西发射了这些粒子,与它们相比,世界上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机与它们相比,简直就像是孩子手里的玩具枪。甚至连一颗超新星爆炸都无法完成这样的粒子加速任务,无论如何,如此高能的粒子应该会在传播过程中损失能量。
因此,已经有物理学家推测,它们可能涉及到物质的奇异形态及已知物理规律的失效。不过2年前,阿根廷西部的PierreAuger宇宙线观测站发现,这些粒子似乎来源于邻近星系。那些星系中的超大黑洞或超级超新星能够产生激波,给这些粒子狠狠“踢上一脚”,而且它们距离我们足够近,粒子还不至于损失太多能量。不过,具体细节仍然不明。
6、左右手使用习惯
通常有机分子的中心是一个碳原子,这个碳原子与其他4个原子或者原子团相连。如果至少有两个这样的原子(或者原子团)是一样的,那么这一结构就是镜像对称,它的镜像就是它自己。如果这4个原子各不相同,这一分子就不对称,它就会形成截然不同的两个形态,就像我们的左右手。通常来讲,这些不同的形态具有相同的化学机制,然而地球上的生命都只使用其中一个。这并不难理解:形态对于生化反应来说至关重要,不同形态的个体要提供两种截然不同的镜像,这对于大脑来说太复杂了。
那么为什么地球上的生命会选择其中之一呢?有些人认为这只是几率问题,但也有人认为,这种选择是我们追寻生命起源的一个线索。水晶能够将这两种形态分开,那么或许水晶可以为我们研究原始生命提供一个支架。抑或生命的架构来自于外星世界,不同形态是由偏振光筛选出来的。
7、性别的起源
性别为什么会存在?换句话说,男性为什么会存在?若不是Y染色体(Y染色体只包含数十个基因,而X染色体则包含2,000到3,000个基因)引起了男性特征,所有的人类胚胎都将成为按一个固定模式发展,最后都变成女性。
最早的生命都是无性繁殖的,但是,至少在10亿年前,性别就出现了。今天,我们很难找到一种多细胞机体不是有性繁殖的。当然,有些生物同时具备两种生殖方式,比如生长在印度尼西亚科莫多岛巨蜥(Komododragon)就具备单性生殖能力。但是,性别是如何产生、进化并一直延续下来,其中的原理还没有完全破译。如果所有生命都是平等的,那么无性生殖的生物的发展肯定要快过与其竞争的有性生殖的生命,直至这些有性生殖生命灭绝。因为,无性生殖的生命不需要花费时间来和能量来寻找伴侣,并设计出更好的方法来吸引异性。
幸亏所有生物并非完全平等,有性生殖的生物要在生存竞争中活下来,就必须具备更高的适应性。毫无疑问,有性生殖可以更好地混合基因库,但是目前科学家还不清楚这些混合是如何进化出适应性的。也许这种混合在清除或者屏蔽基因突变方面比无性生殖的生物更强,而这些被屏蔽的突变中的绝大部分都是有害的。或者,性别使机体具备具备防御基因,因此可以更好的避免寄生虫以及它们带来的疾病。
8、质子自转
质子有一个属性叫做自旋,这一量子物理量对应到我们日常生活中,就是人们更为熟悉的旋转。不过,质子自旋不同于陀螺自转,它决定着质子和其他粒子之间的磁相互作用,正是这一性质让磁共振成像技术(MRI)得以实现。
质子自旋的大小总是相同的,按归惯例被设定为1/2。为了理解这一点,你可以认为质子的自旋直接来源于构成质子的三个夸克:两个上夸克(每个自旋为1/2)和一个下夸克(自旋–1/2,因为它的自旋指向相反方向)。把这些夸克的自旋加在一起,就得到了质子自旋1/2。与此类似,中子自旋也可以通过类似方式相加得到(中子由一个上夸克和两个下夸克构成)。
不过,粒子加速器实验证明,上面这种简单的说法是错误的。20世纪80年代,物理学家用高能电子和其他粒子来撞击质子并反弹回来;这些粒子的偏转角指明了每个质子内部的自旋。这些实验证明,夸克自旋最多只占质子自旋的30%。为了解决这一“自旋危机”,物理学家开始检验其他可以产生自旋的因素,比如将压克粘在一起的胶子、夸克在质子内部的轨道运动,以及瞬间出现的虚夸克等。多亏了几年来的实验和计算,许多线索正变得越来越清晰,但物理学家仍然无法完全解释质子自旋从何而来。