十大宇宙未解之谜

关于宇宙、地球乃至人类自身，有无数谜题等待我们探索。哪些是最关键的未解之谜？我们离答案还有多远？在纪念美国《科学》杂志创刊125周年时，科学家总结出125个至今无法圆满解答的问题，其中重中之重有25个，以下是其中10个：

1、宇宙是由什么组成的？
很多人第一反应会说：由那些闪闪发光的星星组成。但近几十年来，科学家愈发意识到这个答案并不准确。天文学家测算，构成恒星、行星、星系乃至人类的普通物质，仅占宇宙总质量的不足5%；另外25%可能是由未知粒子构成的暗物质；剩下的70%则被认为是驱动宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质与暗能量的本质究竟是什么？科学家正通过加速器和望远镜探寻答案，若能破解，其意义必将是颠覆性的。

2、我们在宇宙中是唯一的吗？
45年前，天文学家弗兰克·德雷克首次启动探寻地外文明的奥兹玛计划，借助巨型射电望远镜接收外星文明可能发射的信号。45年过去，天文学家的探索从未停止，但即便是迄今为止规模最大的“凤凰”计划，也尚未捕捉到任何来自外星文明的无线电信号。人类在宇宙中是否独一无二？这个问题仍无答案。

3、地球内部如何运作？
40多年前，板块构造学说的诞生掀起了地球科学的革命，刷新了人类对地球的认知。但关于地球内部的运作机制，我们仍未突破革命前的框架。这40年来，科学家只是将“地壳-地幔-地核”的鸡蛋模型进一步细化。借助日益先进的地震波成像技术，人类正逐步探索地球这台“巨型机器”的运作方式，但要引发新一轮地球科学革命，或许还需半个世纪的探索。

4、地球温室将变得多热？
尽管本世纪大气二氧化碳浓度必然持续上升，且这一趋势肯定会引发全球变暖，但变暖的具体程度仍不明确。科学家普遍认为，若本世纪二氧化碳浓度翻倍，全球气温将上升1.5℃～4.5℃，但这一范围仍不够精准。目前，科学家正研发更完善的数学模型，力求给出更具说服力的预测数据。

5、物理学定律可以被统一起来吗？
苹果落地、闪电划破长空、核电站铀原子衰变释放能量、超级加速器击碎质子……这些现象背后是自然界的四种基本力：引力、电磁力、弱力和强力，宇宙中所有物理现象都可由它们解释。但科学家并不满足于此——能否将这四种力统一为一种？上世纪60年代，物理学家成功将弱力与电磁力统一，统称为电弱力。但引力和强力能否与电弱力实现大一统？这仍是未解之谜。

6、在量子不确定性和非定域性之下，还有更深层次的原理吗？
量子理论诞生已逾百年，它催生了诸多令人信服的应用成果，却也带来了违背直觉的结论：不确定原理指出，我们无法同时精确测量一个物体的动量与位置；非定域性则让处于量子纠缠态的两个粒子，无论相距多远，其纠缠态都会同时瓦解。爱因斯坦曾坦言，尽管量子力学给他留下了深刻印象，但“内心的声音告诉我，它还不是终极真相”。量子世界的背后，是否存在更深层次的原理？

7、我们能把化学自我装配推进多远？
从某种意义上说，化学家是最具创造力的发明者，他们不断合成新型分子。如今，化学家已能制造出复杂的化学结构，但能否让这项工作实现“自我化”？即让原料原子像生命那样自主装配成复杂结构。目前已有一些初步成果，比如合成类似细胞膜的双层膜结构，但更高级的自我装配——例如自下而上制造集成电路——仍只是一个遥不可及的梦想。我们能将化学自我装配技术推进到何种程度？

8、传统计算的极限是什么？
有些看似简单的问题，解决起来却异常复杂——比如“旅行商问题”：一个推销员要走遍多个相连城市，如何规划路线才能让总路程最短？城市数量越多，即使最强大的传统计算机也难以应对。上世纪40年代，信息论之父香农提出了比特信息存储与传递的物理规律，任何传统计算机都无法突破这一限制。那么，传统计算机在工程上的性能极限究竟在哪里？不过，量子计算机等非传统计算设备或许能摆脱这些束缚。

9、意识的生物学基础是什么？
17世纪法国哲学家笛卡尔的名言“我思故我在”，凸显了意识长期以来都是哲学探讨的核心话题。现代科学认为，意识是大脑中数以亿计的神经元协同作用的产物，但这一解释过于笼统——神经元究竟如何产生意识？近年来，科学家找到了客观研究这一极具主观性与个体性事物的方法和工具，还借助大脑损伤患者的案例，得以窥探意识的部分奥秘。除了弄清意识的运作机制，科学家更想解答一个深层问题：意识为何存在？它又是如何起源的？

10、什么控制着器官再生？
一些生物拥有令人惊叹的修复能力：被切断的蚯蚓能重新长出半个身体，蝾螈可以重建受损的四肢……相比之下，人类的再生能力就逊色不少——没人能重新长出手指，骨头一旦受损便无法复原，唯有肝脏稍显特殊：部分切除的肝脏能恢复至原有状态。科学家发现，这些具备器官再生能力的动物，会在需要时重启胚胎发育时期的遗传程序，从而长出新器官。那么，人类能否借鉴类似机制，在人工调控下实现器官的“自我更换”？