大改变未来的超难科学挑战是什么?

作者: 尼古拉·琼斯

来源: 环球科学

发布日期: 2015-07-02 09:45:18

本文介绍了五项可能改变未来的超难科学挑战,包括探测地外生命、看穿分子魔镜、寻找额外维度、捕捉引力波和重塑千克标准。这些实验不仅充满挑战,而且可能对未来的科学和技术产生深远影响。

近年来,位于日内瓦的大型强子对撞机(LHC)和它搜寻“上帝粒子”的任务,无疑是科学界最受关注的焦点之一。其实,还有一些科学家也在致力于同样充满挑战的实验,与LHC项目一样,这些实验可能会改变未来的面貌。

这些研究者通常默默无闻,却愿意用数年甚至数十年时间来操作精密仪器,使之顺利运转;在实验过程中,他们要控制每

一处细节,尽可能减少可疑数据的出现;对于可能扰乱探测信号的背景噪声,他们与之进行了锲而不舍的斗争;在测量精

度上,他们也朝着更高的目标奋进——他们的坚毅与执著,堪比英雄的壮举。这里,我们将介绍5项这类实验。

1. 探测地外生命

1999年,当时还是哈佛大学研究生的戴维·夏邦诺(David Charbonneau)对另一个行星系中,因行星掠过母恒星表面时,恒

星亮度发生的微弱变化进行了测量,这是人类首次探测到此类现象。时至今日,追踪这种“凌日”现象,已成为天文学家寻

找地外行星的常用方法,而新的挑战在于,弄清这些行星及其大气的组成成分。

2. 看穿分子魔镜

生物学中,存在着一种奇特的不对称性。很多分子具有“手性”(chiral),即分子中的原子存在两种互为镜像的排列方式。

当化学家合成此类分子时,往往得到的是包含两种手性的混合物,为简单起见,分别称它们“左手分子”和“右手分子”。奇怪

的是,生物细胞通常只由“左手分子”构成,但没人知道其中缘故。

3. 寻找额外维度

对于现实世界,我们有一个非常基本的认识,几乎没人对此有所怀疑,那就是我们的世界恰好有三个空间维度:左右、前

后,还有上下。但超弦理论(superstring theory)及其他一些构造“万物理论”的尝试,已经让很多物理学家相信,空间的维度

远不止于此。

4. 捕捉引力波

斯科特·雷森(Scott Ransom)那孩子似的劲头与他正在从事的研究似乎有些不相符:这个研究可能要等上十来年才能初见

端倪。雷森是美国国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory)的天文学家,在谈到星系中最精准的天然钟表

——脉冲星(pulstar)时,他嘴里蹦出了一连串的“太棒了”、“酷毙了”这样的词来,并认为脉冲星能让他和其他科学家验证

爱因斯坦广义相对论中一个最基本的预言——引力波(gravitational wave)。

5. 重塑千克标准

1千克,这本应是一个不变的常数。但实际上它会变化,这是因为旧有质量标准规定,

1千克等于巴黎郊外的一间库房中,那个有120年高龄的铂铱合金圆柱的质量。谁也不知道这位“千克原器”(Le Grand K)究竟是由于原子落在表面变重了,还

是由于原子从表面脱落变轻了,唯一能肯定的是,它的质量肯定在变化——证据是,它的那些重量曾完全一致的复制品,

现在已经有了可测量的质量差别。

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