第2章 科学之谜(2)

生物进化论认为今天的整个有机界，动物、植物包括人在内，都是延续亿万年发展过程的产物。

在进化过程中，物种成为自然历史的产物，由于上帝创世而带来的神圣感荡然无存了。

在进化过程中，突变的作用大于自然选择的作用——前者创造变异，后者只保留现存的有利变异。

自然群体存在的遗传变异足以对不同环境的自然选择作出反应，自然选择是影响生物进化的主要因素，决定着生物进化的方向。

在生物进化和人类起源问题上，生物进化论也不是绝对而终极的真理，它应该能够经得起科学发展和时代进步的考验。

反物质

物质是由分子和原子组成，反原子由带正电的电子与带负电的原子核组成。由反原子就可组成反物质。

科学家认为，约140亿年前宇宙诞生时产生了大体相等的物质和反物质，那么现在这些反物质到哪里去了？

科学家解释说，在宇宙诞生时产生的物质比反物质多了一点，物质与反物质相互泯灭后，剩下的物质就构成了现在的宇宙。

由于科学家目前对反物质了解非常少，因而对宇宙诞生和演化以及物质世界构成等问题很难深入研究。

1995年，欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质——反氢原子，揭开了人类研制反物质的新篇章。

科学家认为，随着一系列包括探测器和加速器等研究工具的投入使用，人们将进一步揭开反物质之谜。

物质和反物质一相遇，原子核和反原子核、电子和反电子就会立即“同归于尽”，全部消失，化为一道强光，并释放出巨大的能量。

尽管在宇宙大爆炸过程中应该产生等量的物质与反物质，但为什么宇宙却完全是由物质构成的呢？

在大爆炸发生后，所有的物质粒子与反物质粒子将相互泯灭，只留下光子，大约每十亿个物质粒子中有一个留下来，形成今天的宇宙。

未知元素

1869年，英国洛基尔观测到日珥光谱中一条橙黄色明线，认为是未知元素“氦”所形成的。

科学家陆续从其他矿石、空气和天然气中发现了氦。氦是最不活泼的元素，基本上不形成什么化合物。

氦在地壳中的含量比较大，在整个宇宙中按质量计算占23%，仅次于氢，但是在空气中的含量为0.0005%。

氦在通常情况下为无色、无味的气体，是唯一不能在标准大气压下固化的物质。

氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂等等。

螺旋

螺旋被称为“生命的曲线”，螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。

古希腊科学家阿基米德发现了螺旋的能量和魔力，这就是自然科学领域里的“阿基米德螺旋”。

植物螺旋也是自然界螺旋现象的一部分，爬蔓豆角、牵牛花、莺萝及各种藤树，它们的茎或根总是沿一个方向螺旋地生长。为什么这些植物的生长会呈现螺旋结构呢？

科学家最新研究表明，植物旋转缠绕的方向特性，是它们各自的祖先遗传下来的本能。为了获得更多的阳光和空间，使其生长发育得更好，植物茎的顶端就随时朝向东升西落的太阳，于是呈现了左旋或者是右旋型的生长。

植物螺旋是经过了亿万年的遗传和变异才逐渐形成，它有利于后代的繁衍，是优胜劣汰的结果。

为什么有些植物是左旋和右旋兼而有之呢？这主要是因为有些起源于赤道附近的攀援植物，由于太阳当头而没有固定的旋向。

科学家发现了关于植物螺旋的秘密，这为科学家对其他植物的研究是否有帮助呢？科学家根据植物生长的这种规律推断出右旋植物起源于南半球，如牵牛花；而左旋植物起源于北半球，如五味子、松树等等。

螺旋结构在今天也得到了较广泛的应用，如水泵的汲水装置、抽水马桶的螺旋式冲刷以及钻头、螺栓和螺丝钉等等。

基因

基因是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。

基因是一切生命的基本组成部分，生物繁殖的本质就是基因的复制。

基因是通过自我增殖及通过细胞世代、个体世代、一代接一代地从亲代传给子代，这样就把性状表达所必需的遗传信息一代一代传下去。

基因是可分的，也是可移动的遗传因子，它不是固定不变在染色体上的静止结构，基因本身在结构和功能上也存在着差异。

基因是一个化学实体，是具有遗传效应的DNA分子中的一定的核苷酸顺序。基因是遗传信息传递、表达、性状分化发育的依据。

通过遗传累积下来的基因变种在男性体内比女性多一倍。

各个基因虽然是相互独立的单位，但是它在物理上并不是独立存在的，而是在染色体上各自占有固定的位置，以线性顺序排列的方式形成连锁群。

人类基因组宣告，通过基因的调控——抑制衰老基因，促进长寿基因，人类可能存活150岁甚至更长。这仅仅是推论，现实中，基因不能完全决定人类的衰老与长寿。

人类基因的突变有可能是导致人体产生一系列疾病的主要原因，其中包括癌症、早老性痴呆以及心脏病等。

暗物质

还有比类星体更怪癖的宇宙公民吗？有，它就是宇宙中的隐身人——暗物质。

近代天体物理学发现，空间存在着一种被称为暗物质的引力物质，它的总质量是宇宙质量的95%。科学家已经证明暗物质不是死星，不是宇宙尘埃、重子、光子或中微子等。

暗物质是一种不可见的物质，是构成宇宙绝大多数物体的元素，它很神秘，目前没人知道它的构成，而且在有些星系中还难觅其踪。

暗物质由缓慢运动的粒子组成，这些粒子既能相互作用，而且也仅仅是通过引力作用与正常物质发生作用。

暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的谜题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可见的世界只占宇宙物质的10%不到。

暗物质具有质量但不发出任何可察觉的辐射，我们无法观测到它的存在，只能通过它的引力效应而知道它的存在。

暗物质像是被束缚在星系里面或星系之间的空间，甚至在没有星系的空洞内。

模拟计算表明，如果没有暗物质参与，发光物质本身的质量并不足以使其聚集成星系和星系团，那样就没有地球和星星了。

暗物质对于我们来说还像是水下的冰山，充满着神秘和诱惑，引导我们更努力地探索。

宇宙中有三分之一是暗物质。中微子是一种暗物质粒子，它的质量应当非常小，在暗物质中只能占微小的比例，绝大部分应是所谓的中性的弱作用重粒子。

人类虽然不是由暗物质构成的，但是如果没有暗物质，可能就不存在今天人类赖以生存的星球。但暗物质也不能太多，否则星体的形成就会太快太多。

暗能量

宇宙中最有影响的力量不是重力，而是以宇宙常量形式存在的暗能量。

暗能量被描述成一种宇宙中的反力：在宇宙膨胀时，它的力量实际上是在不断地增加。

宇宙中的物质分布不仅多样化，而且物质转化也是在不停地进行着。带电和不带电的暗物量都是存在的。

科学家相信暗能量的密度是一个绝对的常数，这说明它实际上是在增加，增加的比率以保证宇宙能够永远膨胀下去为标准。

对星系的运动的观察已经显示，约70%的宇宙是由一种未知的暗能量组成，暗能量推动了宇宙的加速膨胀。

暗能量的行为与黑洞十分相似，能够产生强大的重力牵引。但是在内部，暗能量的负重力可能会引起物质重新反弹回来。

暗能量表现为一种反引力效应，人们普遍认为它具有量子起源，暗能量可能来源于量子引力的真空涨落或时空本身的量子涨落。

四维空间

根据广义相对论，空间和时间一起被认为是形成所谓时空的四维空间。

在四维空间中，一切物质都没有质量、没有重量，只有能量。质量、重量只是二维、三维空间的产物。

黑洞事实上是存在于四维空间的一种现象，或者说，黑洞是连接三维世界与四维空间的通道。

天文学家认为，宇宙的膨胀不是发生在三维空间中，而是发生在四维空间内的。

宇宙在四维空间中是一个闭合的曲面，在三维空间中却是发散的。

四维空间某一点的物质量决定该点的时间和空间曲率，某点的物质越密集，曲率越大，引力不过是空间弯曲的效应。

在三维空间内，如果距离加倍则引力减少到1/4，在四维空间则会减少到1/8。

开普勒断层

当太空飞船经过充满小行星的开普勒带，将会突然遇上一片空旷的虚空，就像开车驶上山顶突然掉下悬崖一样，天文学家们把这里叫做“开普勒断层”。

是什么原因造成开普勒断层呢？唯一的答案就是可能存在太阳系的第十颗行星，一个和地球或火星差不多的大型行星，这里的太空硕石密度极其小。

关于存在未知行星的考察证据是很有说服力的，但目前毕竟还没有人真正看到过第十颗行星，开普勒带离我们实在是太远了。

美国航空航天局的“新地平线”探测器于2006年1月发射升空，前往冥王星和开普勒带探索未知世界，它要到2015年才会到达冥王星。

开普勒断层是以天文学家开普勒的名字命名的，为纪念他为人类科学事业的发展作出的巨大贡献。

天文学家开普勒利用几何曲线表示火星的运动，发现火星运动的轨迹不是圆形而是椭圆，并且运行速度不匀。

1609年，开普勒在《新天文学》一书中，发表了著名的第一和第二定律。第一定律把太阳的位置精确标定在椭圆焦点上，各行星都在椭圆轨道上绕太阳运行。第二定律也叫“面积定律”，在本质上阐明了行星离太阳近则快、远则慢的不匀速性。

1604年9月30日，开普勒发现蛇夫座附近一颗新星，即“开普勒新星”。

1619～1620年他发表了《慧星论》一书，预言了太阳光辐射压力的存在。1627年他出版的《鲁道夫星表》，直到18世纪还一直被视为标准星表。