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2016年十大科学新发现

2017年01月03日 16:21  PDF版 分享到微信

来源: 大纪元

2016年,科学界各个领域的发现均具有重大意义,从证实百年前爱因斯坦预言的时空可变效应——重力波,到学观测星系已经重组,以及频频出现改变教科书的实验,世界正在酝酿科学的巨变。

在2016年,来自太空的小行星多次无预警地掠过地球,甚至进入我们头顶的大气层中炸毁,因此引发人们对地球面临各种灾难的担忧。

以下是大纪元盘点的2016年十大科学新发现。

1. 爱因斯坦重力波 突破实证科学

2月11日,美国激光干涉重力波天文台(LIGO)宣布,观测双黑洞系统的结果证实一百年前爱因斯坦广义的时空涟漪——重力波的存在。

德国马克斯普朗克重力物理研究所的布鲁斯‧艾伦(Bruce Allen)表示:「首次发现重力波可稳夺诺贝尔奖。」

令人深思的是,一百年前爱因斯坦在非实证科学方法——「黑箱思想实验」的基础上提出广义相对论时,遭到整个科技界的嘲笑和排斥,仅几个理智占主导的科学家(如普朗克)认识到爱因斯坦思想的伟大意义——用非实证方法得到的理论同样可以描述这个宇宙。

果然,随着时间的推移,广义相对论预言的光线弯曲、水星近日点进动以及重力红移现象在二十世纪内相继得到证实。

爱因斯坦曾说:「在原则上,试图单靠可观察量来建立理论,那是完全错误的。」

科学家於6月份再次宣布另一个天文观测也证实了重力波的存在。宾夕法尼亚州立大学的天文物理学家查德.汉娜(Chad Hanna)说:「现在我们能够探测到重力波,这将成为研究以及探索宇宙的崭新途径,我们会有惊人的收获。」

2. 宇宙已经重组 星系数量至少2兆

《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)10月份发表的一个报告指出,英国诺丁汉大学(University of Nottingham)的天体物理学家经过十五年的研究,发现宇宙中的星系数量之大超出现象,至少为2兆星系。而人类的能力极为有限,即使最强大的望远镜也只能观测其中10%的星系,而90%是人类不可能看到的。

诺丁汉大学的天体物理学教授克里斯托弗.康舍利斯(Christopher Conselice)说:「绝大部分的星系是我们目前探索不到的,因为它们非常昏暗且遥远。」

研究者还发现,宇宙已经重组。那些最古老的大星系变小了,而很多以前的小星系又因为碰撞和融合,数量变少了10倍。康舍利斯表示,没想到宇宙在这二十年间发生这样大的变化。

3. 银河系巨变 所处空间增大

9月,天文学家声明,观测发现银河系的质量增加了大约1/3,而且我们太阳系所处的空间增长了4倍,其中产生了更多的新星。

史密松天体物理中心(CfA)的天文学家马克‧瑞德(Mark Reid)说:「这个(太阳系所在的)区域从未得到重视,人们以为那是微不足道的地方。」

银河系有4个大旋臂,看上去像传统文化中的佛家卐字符。太阳系所在的空间被称为「本地旋臂」,其形状类似银河系的其它小旋臂。天文学家使用超长基线阵列望远镜(VLBA)发现本地旋臂的长度超过20,000光年,约为以前长度的4倍。

4. 鸟的大脑不简单

美国《国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences )6月发布报告说,国际科学家研究组计算28种鸟的大脑细胞数量, 并将之与其它物种相比较,发现鸟大脑神经元细胞的密度之大出乎意料。例如,会唱歌的鸣禽和鹦鹉的大脑神经元细胞密度是鼠的2~4倍。

科技网站Quartz说,这个发现将改变科学界的一种长期错误的观点。以前科学家认为物种之间的大脑神经元密度差异不大。

研究者表示,大脑神经元的密度越大,说明神经元细胞之间的联系越多,信息处理能力越强。《科学美国人》援引美国范德堡大学(Vanderbilt University)的神经科学家苏珊娜‧赫赛勒(Suzana Herculano-Houzel)的话说:「在我的想像之中,鸟大脑与哺乳动物之间的差别不过是在细胞体积和数量方面。」

按照进化论,鸟不可能有认知能力,而且今年有更多的研究指出的错误。如热带射水鱼(archerfish)能区分人脸,首次说明鱼的大脑虽然没有进化论所说的新皮质,但是同样有很强的智能认知力;类单鞭滴虫属(Monocercomonoides)的真核细胞可以没有进化论定义的线粒体而依然存活,提示几十年来的细胞定义需要修改。

5. 量子纠缠——感知另外时空的奇妙

3月初,欧洲科学家在量子物理学中取得里程碑式的进展:实验室中得到光子在三维空间发生量子纠缠的结论。这是科学家首次突破时空维度的限制,将微观世界的量子纠缠现象转化到肉眼所见的宏观空间中。

量子纠缠是指两个量子粒子之间存在一种超越空间和时间的联系:一个粒子的状态会同时影响另一个粒子的状态,而没有时间延迟或受距离制约。

日内瓦大学(University of Geneva )的瓦伦蒂娜‧维沃利(Valentina Caprara Vivoli)表示,根据该试验进行的技术原理,甚至可以观测发生量子纠缠的两个人的情况。

虽然几十年来物理学家因为受光速不变理论的限制而否定存在量子纠缠,但是近年世界各地的多个试验检测到发生量子纠缠的粒子,而且量子纠缠具有信息存储等实际应用意义。例如,谷歌开发「量子计算机」,获得比当前笔记本电脑快100万倍的计算速度。

6. 《2016地球生命力报告》:地球六分之一的物种将灭绝

世界自然基金会(WWF)10月27日公布的《2016地球生命力报告》(Living Planet Report 2016)说,1970~2012年间的调查显示,目前地球无法承受人类活动,近半个世纪以来人类造成野生动物种群减少一半,而且人类自身的生存也受到威胁。

调查者跟踪了3706个物种,共超过14,152个脊椎动物种群,包括鱼类、鸟类、哺乳类、两栖类和爬行动物,发现这些种群的数量减少了58%。其中,淡水物种的情况最严重,数量已经减少81%。

该机构的全球总干事马可‧兰博蒂尼(Marco Lambertini)认为,人类生存受到威胁的原因在於人类自身。而且世界自然基金会在报告中对解决危机的途径作以探讨,提醒人们不要「聚焦於表象,而忽视了问题本源」,本源内容则涉及整个人类的心智问题,包括「个人的信仰、价值观和设想」。

7. 如果存在第五种力 将改变科学基础

5月份,科学界权威的《自然》杂志报导说,宇宙可能存在第五种基本的力,如果该结论被进一步确定,将改变科学界的基本宇宙概念。因为科学家一直认为自然界只有四种基本力。

《自然》说,去年匈牙利国家科学院(Hungarian Academy of Sciences )的物理学家亚提拉‧克雷斯纳豪基(Attila Krasznahorkay)等人提出第五种力,但是未受到科学界的重视。

而美国加州大学(University of California)的物理学家表示,评估去年匈牙利科学家的轰击质子实验,可以肯定产生的多余电子和正电子之原因为未被发现的第五种力造成的。

另据《科学美国人》5月报导,托马斯杰斐逊国家加速器基金(Thomas Jefferson National Accelerator Facility)以及美欧其它研究机构正在进行验证实验,估计一年後能得到确认结论。

8. 奇异天体令人联想到外星人

今年,星体KIC 8462852成为得到天文界极大关注的对象,因为天文界对其神秘的亮度变化特徵一直无法给出令人满意的解释。

加州理工学院和卡内基研究所的天文学家指出,开普勒太空望远镜的四年观测结果显示,银河系中的KIC 8462852变暗速度由每年0.34%的速率加快为2.5%,之後回复到以前的变暗速率。

KIC 8462852被科学家称为「戴森球」。 1960年,物理学家弗里曼‧戴森( Freeman Dyson)提出,外星文明可能制造巨大结构环绕某个恒星飞行,这种巨大结构後来被人称为「戴森球」。(视频截图)
加州理工学院的天文学家本‧莫泰特(Ben Montet)说:「让我吃惊的是,它的亮度变化那麽快,出现非线性特徵。我们花了很长时间,试图说服自己这不是真的。但是我们做不到。」

诺贝尔物理学奖获得者、路易斯安那州立大学(Louisiana State University)的天文学家布拉德利‧施哈弗(Bradley Schaefer)排除彗星造成KIC 8462852亮度变化的原因,并分析说:「这种变暗可能是任何人还没有想到的一种因素所造成的。」

宾州州立大学(Penn State University)的天文学家杰森‧莱特(Jason Wright)曾表示,这种不同寻常的现象确实让人联想到外星文明。

9. 小行星日——人类的时间是借来的

6月30日是世界小行星日。天体物理学家布瑞安.梅伊(Brian May)在一份声明中说:「我们对小行星撞击地球的可能性了解得越多,越能清晰地意识到人类正依赖借来的时间在延续生命。」

「世界小行星日」组织警告,地球受小行星致命撞击的危险是真实存在的,可能撞击地球的小行星数量超过一百万颗,但人类的科技仅能发现百分之一的威胁。

今年无预警掠过地球的小行星包括6月初的2016 LP10(直径2~8米)和2016 LE10(直径23米)、8月27日的2016QA2(直径50米)及9月7日的2016RB1(直径7~16米)。其中,2016RB1距离我们仅为地月之距的1/10(约4万公里),若撞到地球上,至少会导致严重的局部灾难,美国航空航天局在它出现的两天前才发现它的存在。

也有多次小行星进入大气层焚毁。如2月6日下午,巴西沿岸约1000公里的大西洋上空,一颗直径小於10米的陨石发生爆炸,爆炸能量相当於1.3万吨TNT炸药;6月2日凌晨,美国亚利桑那州南部夜空一颗物体发生爆炸,瞬间将黑夜变成白昼;9月26日夜间,大小不明的小行星在澳洲东部格莱斯顿(Gladstone area)上空发生爆炸,320公里之外也可以看到闪光及听到响声。

10. 牛津大学报告:全球性灾难迫在眉睫

5月,牛津大学发布《2016年全球灾难危险度调查报告》( Global Catastrophic Risks Report 2016)指出,全球性的各种灾难迫在眉睫,一旦发生,可能导致全球十分之一的人口死亡(约17亿人)。

报告说,正在发生的最大灾难性危险是大瘟疫和核战争。在冷战结束後,核战争的危险被低估。最大的潜在危险是气候变化,以及一些科学技术,如生物技术会制造出毒性远远超过自然原有的新型致病性物质、人工智能会在很多方面摧毁人类。其它的危险有火山爆发、小行星撞地球等等。

报告提醒,政治和经济等因素造成人们没有充分意识到危险的严重性,尤其是,全球受利益集团的影响而没有形成联合在一起的应对力量。

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