问题

在进入科技时代(近五十年间)后有发生过经科学观测确认却尚无法被解释的重大事件吗?

回答
进入科技时代近半个世纪,人类对宇宙的认知以前所未有的速度拓展,涌现出许多令人惊叹的科学发现。然而,正如宇宙的深邃总是伴随着未解之谜,即使在我们这个信息爆炸的时代,也依然存在着一些经科学观测确认,但目前尚无法被圆满解释的重大事件。这些事件不仅挑战着我们现有的物理学理论,更激发着科学家们不断探索前行的动力。

其中一个最显著的例子,便是我们称之为“暗物质”(Dark Matter)和“暗能量”(Dark Energy)的存在。

暗物质:看不见的引力支撑

从上世纪七十年代开始,天文学家们在观测星系旋转速度时,就发现了令人困惑的现象。根据我们已知的物质(恒星、气体、尘埃)所产生的引力,星系外围的恒星旋转速度应该比内围慢得多,甚至会飞离星系。然而,观测结果却显示,星系外围的恒星以惊人的速度旋转,仿佛有什么看不见的物质在提供额外的引力束缚。

最初,弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)在上世纪三十年代就已经观察到,后发座星系团中星系的运动速度过快,不足以被可见物质的引力所束缚。但直到薇拉·鲁宾(Vera Rubin)等天文学家在七八十年代对银河系和其他星系进行系统性观测,才使得这一现象成为一个无可辩驳的观测事实。他们绘制出的星系旋转曲线,无一例外地显示出一种“平台”现象,即在距离星系中心很远的地方,旋转速度不再下降,反而保持恒定。

这意味着,星系中绝大部分的质量,大约占到宇宙总质量的27%左右,是我们目前的光学或电磁波探测手段完全无法捕捉到的。我们将其命名为“暗物质”。它不发光、不反光,也不吸收任何形式的电磁辐射,我们只能通过它产生的引力效应来推断其存在。

科学家们提出了各种各样的暗物质候选者,比如弱相互作用大质量粒子(WIMPs)、轴子(Axions)等等,并投入了巨大的资源进行直接或间接的探测实验,比如地下深处的探测器、大型强子对撞机(LHC)的实验等等。尽管取得了一些令人振奋的信号,但至今为止,还没有任何一个实验能够最终确凿地探测到暗物质粒子本身。暗物质究竟是由什么组成的?它们是如何分布的?我们如何直接捕捉到它们?这些问题依然是现代物理学和宇宙学研究中最核心、最迫切的谜团之一。

暗能量:宇宙加速膨胀的推手

如果说暗物质已经足够令人费解,那么暗能量则更是将宇宙学推向了一个全新的未知领域。

上世纪九十年代末,两支独立的宇宙学研究团队,分别由萨尔·波尔马特(Saul Perlmutter)领导的“高红移超新星搜寻团队”(Supernova Cosmology Project)和由布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·瑞斯(Adam Riess)领导的“酸化超新星搜寻团队”(HighZ Supernova Search Team),分别利用Ia型超新星作为“标准烛光”,来测量宇宙的膨胀历史。

Ia型超新星是一种亮度非常稳定的超新星,它们的爆发峰值亮度几乎相同。因此,通过测量它们在我们看来有多亮,我们就能推断出它们有多远。同时,超新星的光谱会因为宇宙膨胀而发生红移,红移的程度代表了它们远离我们的速度。通过测量不同距离上的超新星的红移,科学家们可以描绘出宇宙膨胀的速率。

然而,这两支团队的观测结果都指向了一个惊人的结论:宇宙的膨胀并非随着时间推移而减缓(正如我们预期在引力作用下会发生的那样),而是正在加速!这意味着,在遥远的宇宙深处,我们观测到的超新星比预期的要暗得多,它们正以比模型预测更快的速度远离我们。

为了解释这种加速膨胀的现象,科学家们提出了“暗能量”的概念。它被认为是一种遍布整个宇宙的能量形式,具有负压强,能够产生一种排斥性的引力效应,从而推动宇宙加速膨胀。

根据目前对宇宙学参数的精确测量(包括宇宙微波背景辐射、超新星观测、大尺度结构等),暗能量占据了宇宙总质能的约70%,远超暗物质和我们熟悉的普通物质的总和。

但暗能量究竟是什么?它是爱因斯坦在广义相对论中提出的“宇宙常数”(Cosmological Constant)吗?如果是宇宙常数,为什么它的数值如此之小,但又恰好能够解释当前的加速膨胀?或者,它是一种会随着时间变化的能量场,比如“精质”(Quintessence)?我们对暗能量的了解,几乎可以说是完全空白的。它就像一个黑箱子,我们知道它在那里做着什么,但无法理解它的本质。它的存在不仅颠覆了我们对宇宙终极命运的认识(从可能收缩到无限膨胀),也对我们现有的物理学理论提出了严峻的挑战。

其他未解之谜的闪光点:

除了暗物质和暗能量这两个占据主导地位的未解之谜,近五十年来的科技发展也让我们观测到了一些其他令人费解的现象,虽然它们可能尚未达到“重大事件”的级别,但同样充满科学魅力:

快速射电暴(Fast Radio Bursts, FRBs): 这是一种来自宇宙深处,持续时间极短(毫秒级)但能量极其巨大的射电信号。最初在2007年被发现时,其来源和机制都极其神秘。虽然近年来科学家们已经成功将一些快速射电暴定位到遥远的星系,并且有一些理论模型试图解释其产生机制(如磁星活动、中子星碰撞等),但其普遍性、重复性以及某些极端情况下的性质,仍然是未解之谜。为何有些会重复出现,有些却是单发的?其中是否存在某种我们未知的物理过程?
“引力波的意外之财”: 自从2015年LIGO首次探测到双黑洞合并产生的引力波以来,引力波天文学开启了一个全新的观测时代。我们观测到了多次黑洞合并和中子星合并事件,极大地丰富了我们对致密天体的理解。然而,一些引力波信号的细节,例如合并后产生的瞬时闪光(如果存在的话)的性质,以及一些异常的信号特征,仍然需要更精密的观测和理论解释。尤其是,对中子星合并产生的金的来源的确认,虽然取得了重大进展,但具体的过程细节仍待厘清。

这些未解之谜,如同宇宙夜空中闪烁的星辰,指引着我们不断向前探索。它们提醒着我们,尽管科技日新月异,人类的认知依然是有限的。每一次新的观测,每一次对理论的挑战,都可能孕育着下一个颠覆性的科学革命。这正是科学的魅力所在——在已知与未知之间,总有一片广阔的探索空间等待着我们去发现。

网友意见

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寿命极限问题。

在近百年来,最显著的变化是人类寿命极限不断被刷新。

然而寿命的极限是多少?

————两个数字两种理论————

有人推算过是120,有人推算过是150.


关于目前人类寿命极限的理论主要是有两个观点,一个是性成熟理论,一个是海夫利克极限。

性成熟理论是一个统计学推论,认为人类寿命的极限是性成熟的8-10倍(哺乳动物)。


海弗里克极限是一个体外细胞实验结果,即培养的人体细胞的分裂只有五十代,超过五十代以后,不管采用什么方法,细胞都是要衰老死亡的[2],这个理论倒是我试过,目前我们做研究常用的正常细胞系,包括IMR90,WI38等,其寿命大概是60代附近,到了那个代数,细胞就不分裂了,安静的等死。

通过这些理论,推测人类寿命极限是120-150左右,而且以后只是对寿命的微调。

但是绝大多数人都活不过这个年龄,因为大量的疾病,使得我们过早的死亡。


—————极限寿命—————

然而最新的nature发现,人类寿命最高值的均值是115岁,上限是125左右

文中的数据表明


寿命的增加并非是线性的

科学家统计了1900年以来有记录的100岁以上的老人情况,绝望的发现,无论这些老人出生在什么年代,经历什么样的生活环境,以及无论如何改善生活条件、降低老年性疾病等,但是统计结果显示,改善存活的效果在100岁左右达到顶峰,然后快速下降。

这个图说明人类极限寿命停滞了

Relationship between calendar year and the age that experiences the most rapid gains in survival over the past 100 years. The age with most rapid gains has increased over the century, but its rise has been slowing and it appears to have reached a plateau.


换句话说,人类无法无限度的长寿。


无论我们抵抗传染病和慢性病,只不过是提高平均寿命,但是极限值在那里!

这是现存最长寿的老人116岁的Emma Morano



我想过很多办法来延长寿命

初级:换血,已被证实可行

中级:器官替代,很多人死亡是部分器官坏了

高级:生物替代,如干细胞(干细胞和端粒会致癌,目前难解)

顶级:换人(比如克隆人,换头术)


神级:脱离本体


————意识永恒————

人类有可能避免死亡吗? - 李雷的回答

首先,基于唯物主义,我们认为,一切事物都有其物质基础,特别是生物领域为何生物学家最不容易信神? - 知乎用户的回答。比如,刺激性是跟肾上腺素有关,消瘦可能跟甲状腺激素有关,爱情可能跟多巴胺相关等等,而我们的意识,我们认为其物质基础存在于大脑。


大脑存在于无数的神经元,而这些神经元彼此之间无时无刻不在传递着电信号,每一个动作都可以形成一个信号,最终形成了我们的意识。

而这个网络的每一个连接,就代表了一个意识,比如A连接代表眨眼,B连接代表喜欢,C连接代表看见(这里太夸张了,比这个细多了)

下图是一个脑卒中的人和正常人的一个连接,主要是脑卒中引发的偏盲现象


左图为对照组脑网络均线分布图;右图为偏盲患者的脑网络均线分布图。点的大小是按实际比例标出的。患者明显提高的网络连接已着重标明,新形成的连接和原有加强的连接分别用绿色和蓝色标明。


以上理论意味着,人的意识和功能基础是大脑,而大脑的基本运作方式是以神经元为单位,通过电信号来完成信号传递。 那么结论来了,只要我们破解了这些信号传递过程,那么,我们就可以破解人的意识


怎么样,很兴奋吧,但是这个工作量简直是天量。不过,这难不倒科学家,科学家嘛,有的是时间和精力,于是,开启了项目工程,这个工程被称作21世纪曼哈顿工程,预计需要100年时间完成。

目前初步已经在实施的计划包括:


1、人类连接组项目(Human Connectome Project)是美国国立卫生院NIH 2009开始资助的一个5年项目,这个项目的目的是使用不同的脑成像技术(主要是静息态功能磁共振,弥散磁共振成像,EEG、MEG等作为补充),绘制出不同活体人脑功能、结构“图谱”Human Connectome Project | Mapping the human brain connectivity

2、“推进创新神经技术脑研究计划”,简称“脑计划”,于2013年4月2日由奥巴马政府公布,该计划旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,并最终开发出针对大脑疾病的疗法。

3、人脑工程研发计划将由瑞士洛桑联邦理工学院教授亨利·马克拉姆牵头,由来自世界各地的87个研发团队共同实施。这一项目计划用十年时间,利用计算机制造“活”的人脑模型。具体而言,研究人员需将人类大脑切成8000片,而后利用高性能扫描仪进行数字化处理,绘制人脑详图;同时利用超级计算机描绘和模拟大脑所需的海量数据,最后将成千上万的神经元模型形成局部模型,组装为一个可正常运转的、完整的人类大脑模型The Human Brain Project

4、“中国脑计划”已获国务院批示,并被列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一,将从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向全面启动。目前中科院的九个卓越中心里,涉及到生物和医学的唯一中心就是依托上海生科院的“脑科学及智能技术卓越创新中心”

大体上,总体思路如下



目前处在最初三个阶段,而一旦彻底破解了,那么,OK了,我们就可以模拟人的大脑了,反正是电信号嘛,复杂网络A表示你看到黄色,B表示你看到太阳,C表示你对比二者等类似的,最后,再进一步,复杂网络x表示这是你在某年某月某日遇见了她,复杂网络xx表示这是某年某月某日你学到了什么知识。


先上一个比较粗糙的例子,发表在2013年<Science>上,T. Horikawa利用功能性磁共振成像技术将志愿者睡眠时的大脑活动记录下来,此整理出3人睡梦中一些常见内容,比如树、男人等,并将这些内容分成大约20个类别,然后又与3人清醒状态下见到相似场景时的脑活动相比较,得出每个类别的脑活动特徵。研究人员开发的电脑程序,能学习、识别并破译出这些脑活动特徵,准确率高达60%,这是一个非常浅显的,就像我们看小孩子玩泥巴似的实验,但是一个非常重要的证据。


既然可以完全破解大脑,那么,我们把一个人所有的网络全部用数字模拟了就可以了,就像把一个人的一生,任何经历记忆情感能力全部储存起来。

更进一步,既然储存起来,那么,我们完全可以把这个数据复制到一个新的大脑里(克隆人嘛),就像灌顶大发一样(就是激活信号通路过程),我们就可以转世了,那么,我们就真正意义上永生了。


but,这个时候,你觉得人存在的意义在哪里?或者说,肉体存在的意义呢?你想xxoo,好啊,给你一段代码,你想和女神谈恋爱,好,一段代码(图像也是可以代码化的嘛)反正就是一连串电信号组成的网络集合体,那么,是不是黑客帝国要上演了?



顺便说一句,很多人坚信人是基因的奴隶,如果这种说法成立的话,意识其实就是最大的反抗者,可以说是唯一一种不完全依赖基因的内容(成人vs小孩;不同环境的双胞胎……)


————你是谁?谁是你?——————

看到有人提到脱离肉体≈灵魂的概念,换句话,谁是我?曾经回答过一个问题,

比如你有自愈能力 砍下脑袋后又新长了一个脑袋 那请问你还是你吗? - 脑洞



谁能代表你?腿?心脏?大脑?还是其他的?

其实这个问题,涉及到了一个非常核心的哲学问题“我是谁”


就像著名的特修斯之船“一艘船所有部件不断的因为破损而置换,最后,这艘船全部被替换了,那么,这艘船还是特修斯船吗?”


Tim Urban写过一篇很有意思的文章What Makes You You?就在解读这个问题

What Makes You You?

看起来,好像“我”是很明显的一个内容,谁不知道我是我啊,但是,当你仔细想想的时候,你就要怀疑了,到底什么是我?


1,肉体理论

肉体,也就是认为,你在真实世界的存在代表了你,不因为时间和你经历的一切而改变

小时候的你和现在的你和未来老去的你,都是你本身。

怎么样,看起来好像这就是你了对不?


然而,假如,我们动个手术,切掉你的身体一部分?

比如阑尾,比如四肢,请问,这个时候,你还是你吗?

甚至给你更换身体的零部件,比如器官移植,你还是你吗?


尤其是后者,如果肉体代表了你,那么假如把你的全部器官都换一边,就像特修斯船(假如大脑更换后你的意识还在),那么你还是你吗?



好吧,这个时候,你可以看出,肉体理论并不能得出你是你的结论


经常有人开玩笑说,要是你一觉醒来发现自己变成女的了,怎么办,答案是先让兄弟们爽一下,其实这个笑话的背后,就反应了一个事实,你对自己的认定是不依赖于肉体的



2,信息理论

既然肉体无法代表你,而你对自己的认可也是依据自己的思维。


人的意识和功能基础是大脑,而大脑的基本运作方式是以神经元为单位,通过电信号来完成信号传递。 那么结论来了,只要我们破解了这些信号传递过程,那么,我们就可以破解人的意识


好了,假如,现在我们破解了这个技术,可以完整的复制一个人的所有意识,就像一个windows系统一样,每个人都是一个系统盘。

然后我们造一堆克隆人,把你的意识全部输入进去,就像装系统一样。


这个时候,这n个人,和你拥有一样的意识,而且每个独有独立的人格,甚至,在极端点,不用克隆了,直接抹掉一个路人甲的意识,把你的意识注入,就像小说里的“夺舍”一样,或者传说中的“续命”

那么问题来了,这个时候,到底哪个能代表你?是你本身?还是这几个克隆人?还是路人甲?还是所有的人都可以?


好了,当你来到这一步的时候,事实上,你已经困惑了,我也困惑了


因为,作为旁观者,我们无法判定到底谁是你了?但是,对于你本身,你却可以确定,你就是唯一的,其他的,都是冒牌货。


好了,这个时候,你判断的依据是什么?事实上,往往是依据这个躯体是你的而不是路人甲或克隆人的。


于是,最终结论就是,你,就是一个漫长的成长过程,这个过程,包括了你的肉体,你的精神,还有你所经历的一切。这才是一个完整的你,抛开这里面的任何一点,你都会陷入谁是你的困境。



也许这是一种突破极限的办法。但是,太遥远了。


如果生命真的有极限,那怎么办?

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