毁三观！现代科学七大未解之谜

1.存在“最小粒子”吗？

在历史上很长的一段时间里，人们曾经认为物质、时间、空间这些东西是可以无限分割的。《庄子天下》中这样说：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”用数学的语言来解释这段话，意思就是你可以把1尺长的棍子进行无数次对半分割，第一次对半分割得数是0.5尺，第二次是0.25尺，第三次是0.125尺……这个过程可以无限地进行下去。公元前四世纪的希腊哲学家亚里士多德也认为，物质是连续的，人们可以将它无限地分割下去，我们永远也得不到一个不可再分割的“最小颗粒”。

但很早就有人怀疑“物质可以无限分割”的观念，希腊哲学家德谟克利特相信最小颗粒是存在的，他把这种粒子叫做“原子”。德谟克利特认为所有的物质都是由原子组成的，原子是一种不可穿透、不可分割的实体，一切原子都有着相同的性质，只是在形状、大小、重量、排列、位置上有所不同。万物有生有灭，但组成它们的原子却不会跟着毁灭，只会从死亡的物体转移到新生的物体身上。

后来科学家们的确发现了原子的存在，但它却不是最小的粒子，它由质子、中子和电子构成，质子和中子又由被胶子束缚着的夸克组成从目前的情况看，电子和夸克似乎都是最小的“基本粒子”。之所以说它们是基本粒子，是因为任何与这些粒子的结构相关的现象，在实验中都没有观察到，它们像是一个不可再分的点，而不像质子、中子、原子核和原子那样，有可测量的大小。。

粒子物理学家们建立了一个标准模型，来解释目前已发现的所有粒子和它们之间的作用力。但并不像德谟克利特说的那样，只存在“原子”这样一种最小粒子，标准模型中包括了62种基本粒子，被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子刚刚被找到，这样标准模型中所有粒子的存在都已得到了证明。

然而这些今天被称为基本粒子的东西，就一定是不可再分的“最小粒子”吗？人们以前曾经认为原子是最小粒子，但后来发现它其实是个复合体。随着科技水平的提高，今天不可再分的东西，明天有没有可能发现它又只是个复合体呢？

这样的过程，有没有尽头呢？假如从量子论的角度来看，世界不是光滑的，在粒子世界中，物质、能量、时间、空间都表现出不连续的特征来，因而世界必定不可能无限分割下去，最小粒子必定存在。

但这种分割，到什么时候才是尽头，最小粒子究竟是多小呢？

现代科学无法回答。

2. “超光速”存在吗？

在经典物理中，判断任何物体的运动状态，都需要选定一个参照物。对于同样的运动物体，假如选取的参照物不同，得到的结果就不一样。按照这个思路，我们可以推测光速并没有绝对值。假如一束光向你照过来，初始速度为C，当你以速度V向着光源的方向运动时，那么以你为参照物，光速就会变成C+V；而当你朝背着光源的方向运动时，你眼中的光速就应该是C-V。如果情况是这样的话，那么就不存在“超光速”的问题了。然而1886年，美国物理学家阿尔伯特麦克尔逊和爱德华莫雷进行了物理学史上赫赫有名的“MM实验”，有了一个惊人的发现：在地球朝着不同方向运动时，检测到的光速竟然没有丝毫变化。这意味着，经典物理学的推测完全错误，不管你是在朝着光源运动，还是在向垂直于光源的方向运动，或者在背着光源运动，你看到的光速丝毫不会发生变化，都保持着恒定的速度C。

后来爱因斯坦用“狭义相对论”解释了这一现象。爱因斯坦说，高速运动物体的时间流速会变慢，自身的长度会缩小，正是因为时间和空间存在这样的弹性，才导致不管你在哪里、从哪个方向见到的光，它在真空中的传播速度都是大约每秒30万公里，从来不会发生变化。

但相对论有这样一个前提：真空中的光速C是一个绝对量，是一切物体运动速度的极限，也是一切实在的物理作用传递速度的极限。爱因斯坦说，世界上不存在“超光速”的运动物体和信息传输，这是相对论的基石。

然而“超光速” 真的不存在吗？相对论的这个前提，现在已经被量子论中的“EpR实验”推翻了。“EpR实验”是1935年爱因斯坦与两位同事发表的一个旨在推翻量子论“哥本哈根解释”的思维实验。爱因斯坦指出，假如哥本哈根解释是对的，那么分裂的两个小粒子之间即使相隔几十亿光年，也必定会存在某种即时联动，但相对论规定了任何信息的传输都不可能超过光速，宇宙中不存在超距作用的因果关系，所以小粒子之间超越光速的即时联动是根本不可能的，哥本哈根解释肯定有问题。

1982年，法国物理学家阿莱恩阿斯派克特带领一个小组做了这个实验。它的结果意义是如此的重大，以至于被一些人称为“上帝的裁决”。实验结果竟然是爱因斯坦输了，事实证明分开的小粒子之间确实保持着一种微妙而神奇的联系，类似于超越时空的“心灵感应”，这种关联有一个拗口的专业名词叫“量子纠缠”。“EpR实验”表明，确实存在超光速的信息传输。爱因斯坦搬起石头砸了自己的脚，他想用来否定量子论的思维实验，最后反倒成了否定相对论的武器，这真是一个天大的幽默。除了存在超光速的信息传输之外，事实上超光速的运动速度也是存在的，例如电子表面的旋转速度就要高于光速。

超光速确实存在，相对论还能成立吗？

现代科学无法回答。

3. “暗物质”、“暗能量”存在吗？

按照现有的科学理论，宇宙的构成可以分为三个部分：空间、物质和能量，爱因斯坦的引力理论——广义相对论，把这三者紧密联系在了一起。引力是卫星、行星、恒星运动的主要原因，一个物体施加给其它物体的引力大小，只取决于它们的质量和距离，因而只要观察物体在空间的运动，就可以计算出引发这一运动的质量大小。比如在太阳系中，太阳质量所产生的引力，拖拽着各大行星绕着它转动。离太阳越近的行星受到的引力越大，保持轨道所需要的运动速度就越快。根据引力方程，只要知道了行星围绕太阳旋转的速度，以及它们之间的距离，就可以计算出太阳的质量；或者也可以根据后两者的数据，反过来计算行星的轨道。

广义相对论在计算太阳系各星体的质量和它们的轨道方面取得了成功。从理论上说，广义相对论的运用应该不仅仅适用于太阳系，同样可以扩大到星系层面，能用来解释星系质量与星系内恒星的运动速度之间的关系。因为一个星系中的大部分恒星都处在星系盘上，在不断地围绕着星系中心运动，这和行星在围绕着太阳转动没有什么两样。

然而问题出现了。在所有的观测中都发现了同样的情况，那就是星系的质量与星系内恒星的运动速度不匹配，根据引力方程计算的结果，星系必须拥有比现在大得多的质量，才有可能将这些恒星保持在它们现有的轨道上。这些质量到哪里去了呢？科学家们猜测，星系中应该存在着一类我们看不见的物质，那就是“暗物质”。这些暗物质自身不发射电磁辐射，也不与电磁波产生相互作用，这样我们就无法感知到它，只能通过引力产生的效应猜测它可能存在。

“暗能量”的发现照样跟引力有关。人们想，从引力的角度来看，既然宇宙中的每一个部分都被其它部分吸引着，那么它应该能够遏制宇宙的扩张。然而我们观测到的事实却是，宇宙正在加速膨胀。这一事实暗示着，必定存在一种东西，在推动着宇宙的膨胀，它是不同于已知的物质、能量和暗物质的东西，人们把它称为“暗能量”。

对于暗物质是否真的存在，人们其实没有绝对的把握。因为还存在另外一种可能，那就是也许爱因斯坦的广义相对论，仅仅只是在太阳系内适用，一旦扩展到星系、星团甚至整个宇宙的层面，那就完全失效了。这种情况完全有可能出现，万有引力定律只是相对论这个更普适理论的一个特殊情况，说不定相对论本身也是如此，只是一个更大理论的组成部分？同样地，对于暗能量是否真的存在，我们目前更是无法确认。

假如爱因斯坦的引力方程在整个宇宙中都适用，那么根据最近的测量，宇宙中仅有5%的物质和能量是常规物质，其余是23%的暗物质和72%的暗能量。也就是说，我们目前所能了解的只是宇宙5%的部分，对于其余绝大部分我们还一无所知。

暗物质与暗能量时刻都在提醒我们，我们对于世界的认知过分依赖于我们的感官和思维。假如有一种事物，既不为我们的感官所感知，又不与我们能感知到的事物之间产生相互作用，那么我们根本就不可能断定它是否存在。

暗物质、暗能量是否真的存在？世界上会不会有这样的事物，它虽然存在，我们却永远也无法感知？比如鬼魂、科技高度发达的外星人？

现代科学无法回答。

4. 为什么会出现“寒武纪生命大爆发”？

“寒武纪生命大爆发”通常被用来当作否定进化论的证据。

在《物种起源》一书里达尔文提到，自己的理论中存在几个很难解释的疑点：

第一个疑点是，如果物种是经过细微的渐变演化而来，那么为什么见不到大量的过渡类型呢？为什么自然界的物种之间的区别是那样的明显，而不是彼此混淆不清的呢？假如说那些过渡类型已经灭绝了，那么就应该要有大量化石证据，但为什么没有呢？根据达尔文的说法，物种的进化，是随机变异通过自然选择作用后累积下来的结果，这种变化是渐进的、连续的，这样一来，就必定会存在大量的中间过渡物种。比如，目前多数人认为鸟类是由恐龙进化而来的，由于进化是连续的，在漫长的演变过程中，必定会出现无数介于恐龙和鸟之间的物种，而且这样的生物应该很多很常见，然而事实上却根本没有。

第二个疑点是，像眼睛这样的复杂器官的生成，也能用自然选择来解释吗？

一个简单的例子就可以从逻辑上推翻复杂器官自然生成的结论。“放屁虫”的防卫系统由以下部件构成的：过氧化氢和对苯二酚、由外胚层腺体产生的酶触催化剂、储囊、括约肌、膨胀器、外排导管。其工作原理是，储囊中储存着过氧化氢和对苯二酚的混合物，当发现威胁时，括约肌就会像控制阀一样打开，把混合物送入膨胀器中，然后再注入酶触催化剂，引发剧烈的爆炸后从尾部的外排导管精确喷出，喷到倒霉的敌人脸上。如果这种防御系统是进化而来的，那么从实用的角度出发，应该先进化出能够攻击敌人的化学物来。但过氧化氢、对苯二酚和酶触催化剂只有三种混合在一起，才有可能发生爆炸，仅仅进化出其中一种来，就毫无作用，它们中的哪一种最先出现呢？而且即便三种化学物质能够同时出现，如果没有括约肌这个控制阀门的阻隔，放屁虫就会把自己炸成碎片，这显然是不现实的。但是在还没有化学武器之前，放屁虫会先进化出一个控制开关来吗？不管放屁虫先进化出防御系统中的哪一个部件来，都完全发挥不了作用，不会对它的生存有任何帮助，反而会成为累赘。按照进化论的观点，这种变异只会被淘汰，而不可能在此基础上增加更多的累赘，直到最后所有的累赘叠加在一起，形成一个完整而有效的防御系统。仅仅是这样一个简单的器官，从逻辑上来说都不可能通过自然选择作用生成，那么这一选择作用，又如何能够自然生成像眼睛这样要更复杂得多的器官呢？

第三个疑点是，像蜜蜂筑巢这样极其复杂的本能，怎么可能由自然选择作用而获得和改变？

人在一生中会学习很多的本领，这种本领是无法代代相传的，即便你的英语学得再好，你的孩子也不可能天生就懂英语。蜜蜂筑巢也是一种复杂的本领，这种本领为什么能代代相传，蜜蜂们不用学习天生就会呢？自然选择作用能对此作出解释吗？

进化论已经发表了150多年，然而达尔文最初的疑惑，却至今仍然不能得到解决。假如进化论是对的，那么会出现这样的事情，就显得很不可思议了。其实除了上面几个问题之外，还有一件事情对于进化论的打击更大，那就是“寒武纪生命大爆发”。

达尔文认为是持续不断发生的随机变异逐渐积累，最后形成了新物种，那么可以想象，物种是渐变式进化的，生命由低级到高级依次出现，这个过程发生的时间应该拉得很长。然而情况并非如此。地球诞生于约46亿年前，但物种却不是在几十亿年的时间跨度内逐渐出现的。化石证据表明，几乎所有重大生物类群，都是在距今约5亿年前的寒武纪，在短短几百万年时间内一下子突然间冒出来的，这就是“寒武纪生命大爆发”。

这是一次生命的壮丽绽放，其规模之大绝对超乎想象，甚至那时候生物的种类，比现在还要多得多。我们现在能够看到的生物门类，在寒武纪几乎都能找到；而那时有的生物，有多达20个门现在已经消失了！如此众多的生物种类在短暂的时间内集体亮相，这种现象怎么用进化论来解释呢？它更像是大自然一次狂放的实验，是造物主对于物种的集中投放，其中大部分都是不成功的试验品，不久后就灭绝了，只有少数存活下来，成为后来所有物种的祖先。

进化论错了吗？生命演化的过程究竟是怎样的呢？“寒武纪生命大爆发”是造物主在集中制造生命吗？

现代科学无法回答。

5. 为什么会发生“宇宙大爆炸”？

唯物论者们最希望看到世界是无限的、永恒的，因为他们坚持认为物质是世界的本原，但却没办法合理解释，作为世界本原的物质它自己又是从何而来的。所以假如我们是生活在一个无边无际、无始无终的宇宙中，那么物质就是永恒的存在，也就不需要回答物质如何起源的问题了。

然而唯物论者们的美梦，被“宇宙大爆炸理论”打破了，我们来看看这一理论是怎么回事。

1666年，牛顿发现白光其实是一种复合光，它在通过三角形棱镜时，能分解成彩虹一样的多种颜色，这种现象叫做“色散”，分开的单色光依次排列而成的光带叫做“光谱”。后来人们将望远镜聚焦在一个单独的恒星或星系上，观察从那里射来的光线的光谱，根据“多普勒效应”，通过分析这些光谱，可以确定这些星体相对于我们是静止的还是运动的，是在朝着我们而来，还是在离我们而去。假如它们在离去，那么我们接收到的光，波长将较长，光谱会向红端移动，这叫“红移”；反之则会向蓝端移动，叫“蓝移”。20世纪20年代，当人们利用这一原理来观察那些遥远星系时，原本预料会发现同样多的红移和蓝移光谱，因为那时以为星系是随机运动的。然而事实出人意料，在对银河系外的其它星系进行观测时人们发现，除了少数离我们最近的星系外，几乎所有河外星系都表现出红移来，它们都在离我们而去，而且离得越远的星系，离开我们的速度越快。

这一现象应该如何解释？为什么几乎所有的星系都在远离我们？人们想到了一种可能：宇宙不仅是有限的，而且正处在不断的膨胀之中，所以宇宙空间的任何两点都在相互远离。这一想法促成了“宇宙大爆炸理论”的诞生。大爆炸理论认为，我们的宇宙诞生于137亿年前的一个“奇点”，然后出现了爆炸式的膨胀，生成了眼前这个广袤的宇宙。宇宙膨胀的趋势一直延续至今，它就像是一个从那时一直被吹到现在的气球。这一理论令人匪夷所思，然而科学家们拿出了有力的证据。大爆炸理论预言，宇宙诞生时大爆炸的余波，至今应仍在宇宙中回荡。结果1964年美国天文学家彭齐亚斯和威尔逊，在偶然中发现了宇宙背景微波辐射，证实了这一说法。这个发现为大爆炸理论提供了强有力的支持。后来越来越多的证据支持了大爆炸理论，越来越多的人接受了这个奇怪的理论。这一理论表明，宇宙有起始，极可能也有终结，并不是永恒的存在。

在大爆炸理论中，存在一些很容易让人误会的问题。第一个是“奇点”。说到奇点，许多人很自然地就会认为，奇点是一个密度无限大、温度无限高、体积无限小的点。但现在也有很多人认为，所谓的奇点其实只是一个起始的时点，一个界限，而不是具体的实物，它指的是宇宙诞生的那一个瞬间。

英国物理学家保罗戴维斯这样说：“整个宇宙完全是从无中生出来的，其创生过程符合量子物理的定律。这样的宇宙在其成长过程中创造了一切物质、一切能量，从而建成了我们现在所看到的宇宙。这样，这种理论说明了一切物理性的东西（包括时间和空间）的创生。这种量子时空模型并不规定一个不可知的奇点来给宇宙开头。”

第二个是“爆炸”。有人说，宇宙诞生之前并没有物质，既然没有物质，那么怎么可能发生爆炸呢？其实他们是误解了这个名词。之所以用“大爆炸”这个词来命名这种理论，主要是用来形容宇宙膨胀的突兀和迅速，并不是真的有什么东西在宇宙诞生时被点爆了。美国天体物理学家艾弗琳盖茨这样说：“尽管名字听起来很吓人，但大爆炸并不是空间中发生的爆炸，而是时间和空间的起点——或者更准确地说，是当前人类对物理学的领悟能把我们带到最接近起点的地方。”大爆炸理论是否正确，目前存在一定的争议。但即便它是对的，也还会有一个疑问在等着我们：为什么会发生宇宙大爆炸？它是出于什么样的缘由？是造物主按下了创世的按钮？

现代科学无法回答

6. 时光能倒流吗？

2000多年前，孔老夫子在岸边看到河水没日没夜流个不停，感慨时光如流水，奔腾不息，一去不返，《论语》中留下了这样的记载：“子在川上日：‘逝者如斯夫！不舍昼夜’。”

最陌生的是最近的你。有时候你最熟悉的人在关键时候做出的事情，会让你感觉到根本就不认识他。在日常生活中一些你十分熟悉的概念也是如此，比如“时间”。

“时间”是什么？这个概念似乎每个人都清楚得很，但实际上却未必如此。

很久以前古人就已经意识到，有些事物的存在很短暂，如天上的白云苍狗，有些事物的存在长得不可思议，比如天上的那轮明月，从古到今都是同一个模样。也许就是因为观察到了事物运动变化的长短差异，才让古人们产生了“时间”的概念。古人们发现，计量时间的最好办法，是找到一些以固定的周期循环变化的事物来做参照。于是不管在地球上的哪一个角落，人们都不约而同地采用了同样的解决方案，那就是把一个春、夏、秋、冬四季轮回称作一年，把一个朔望月的循环称作一月，把一个昼夜交替称作一日，现在我们知道那分别代表着地球绕太阳公转一周、月亮绕地球公转一周和地球自转一周。为了准确计量时间，古人发明了“日晷”、“漏壶”等计时工具。后来随着技术的进步，出现了更精密的仪器——钟表，现在最精确的原子钟，2000万年内误差不超过1秒，可见人类对于时间的把握，已经达到了何等精准的地步。

到了这一步，人们对于时间的认识似乎已经是毫无悬念了。

然而事实果真是这样吗？不，对于时间，人们其实还存在着一大堆的疑问。从常识上看，事物总是有开端的，那么时间是从什么时候开始的呢？大爆炸理论说宇宙诞生于137亿年前，那么时间就是从“奇点”开始的。但在奇点之前呢？奇点之前的时间是怎样的？物理学家们往往以“宇宙诞生之前的时间没有意义”的含糊其词来搪塞，其实是回答不出来。时间起始之前还有时间吗？难道真像那些被问到“创世之前上帝在做什么”的教徒们回答的那样：“那时上帝正在为问这类问题的人准备地狱”？在以往人们的印象中，时间是在均匀流动着的。假如把宇宙演化比作是一场规模宏大的电影，那么它的播放速度是恒定的，而且停不下来。但爱因斯坦的相对论打破了这一观念。相对论表明，物体的运动速度越快，或者引力场越强，它的时间流速会变慢。你能想象吗？宇宙飞船上的时钟“滴答”一下，和地面上的时钟“滴答”一下，它的时间长度是不同的！假如你乘坐接近光速的飞船去茫茫宇宙中探险，10年后回到地球时，地球上有可能已经过去几千年了！运动速度越快，时间流速就越慢，当运动速度达到光速后，时间就完全停止了。古往今来，不知有多少的帝王将相奢求永葆青春，长生不老，希望时间这把杀猪刀对他们刀下留情，看来这并非完全是不切实际的幻想。

宇宙演化的这场电影原来不一定是匀速播放的，它可以慢播、快播，甚至还可以按暂停。这一事实大大出乎人们原先的意料之外，也就不由地会想到一个更深层次的问题：它能不能倒播呢？既然能够永葆青春，那可不可以返老还童呢？

时间的控制按键掌握在谁手里？时光能够倒流吗？

现代科学无法回答。

7. 世界是意识决定的吗？

要说哪一种现代科学理论最神秘莫测，“量子论”假如排第二的话，没人敢排第一。

量子论研究的是微观粒子世界中的现象。这一理论的核心内容，主要包括海森堡的“不确定性原理”、波恩的“概率解释”以及玻尔的“互补原理”。它们都是如此的诡异，能彻底颠覆你对世界的认知。

在学习中学物理时，一般会碰到这样的题目，告诉你炮弹的初始位置在A点，初始速度是V，初始射角是θ（这些统称为炮弹的初始状态），让你计算在时间T之后，炮弹会在哪个位置，速度是多少。

这个题目充分反映了经典力学对于世界的认识。它认为任何事件都有前因后果，这种因果关系可以用科学定律来描述。我们只要知道了“初始状态”，根据科学定律和方程，就可以预测事情的经过和结果。

然而这个题目在量子论中却根本不成立。经典力学眼中的世界是确定的，任何事物都有确定的状态，比如一个篮球，在每一时刻都有确定的位置和速度。但在量子力学中，海森堡的“不确定性原理”说，粒子不可能同时具有确定的位置和速度（通常说动量），最多只能确定其中之一。它表明，粒子根本就不像篮球那样，有确定的初始状态，粒子世界完全是一个不确定的世界。

波恩的“概率解释”同样令人吃惊。波恩说，在粒子世界中，我们没办法像预测篮球的运动轨迹那样，根据物理定律来预测粒子接下来的行踪。粒子最终会出现在哪里，这完全是随机的，我们能够确定的只有概率。想通过计算来确定粒子的踪迹，并不比用掷骰子确定来得更准确。

爱坦斯坦对此十分反感，他说：“量子力学令人印象深刻，但是一种内在的声音告诉我它不是真的……我毫无保留地相信，上帝是不掷骰子的”。但现实又跟他开了个玩笑，后来的事实一再证明他完全错了，上帝确实在掷骰子。

假如前面这些说法已经让你难以接受，那么还有比它们更恐怖的，就是玻尔的“互补原理”，它居然认为世界是由意识决定的。

玻尔说，粒子的状态非常奇特。它有时候是粒子，有时候会变成波，这叫“波—粒二重性”。转换的关键在于意识，当你观察它时，它就变成粒子呈现在你面前；当没人观察它时，它就变成波弥漫于整个空间。

这段话要怎么理解呢？波是虚无飘渺的东西，不是实体，而粒子却是实在的点状物体。“互补原理”的意思是说，当没有人看粒子的时候，它就不是实在的东西，而是幽灵般的波；但当你一睁开眼睛，所有的幻影立刻消失，它马上变成一个实在的粒子，让你能够看到它。

这像不像是《倩女幽魂》中的画面？当你定睛看时，小倩站在你的面前，笑吟吟地看着你；但当你转过身去，她却立刻化作一道轻烟，消失得无影无踪。

这还能算是科学理论吗？它简直就是《聊斋》中的鬼故事！量子论过于惊世骇俗，不可避免地引来了无数的攻击，然而那些设计来否定它的实验，却无不更加证明了它的正确性。现在许多物理学家们，已经只顾埋头享受量子论带来的现实好处，再不去管它背后那令人毛骨悚然的哲学意义。

我们眼中的宏观世界是由粒子组成的。如果每一种粒子都是有人观察时才是实在的，没人观察时就只是一种虚幻的波，那么由它组成的整个世界应该也是如此。这意味着什么？难道真像乔治贝克莱主教说的那样，“存在就是被感知”，世界是因为我们的存在才变得真实的。

有人用调侃的语气很好地描述了这一问题：“当我们不看它时，月亮是不存在的”。

难道世界真的只是个幻境，是意识决定的，世界就存在于我们的意识之中？

现代科学无法回答。

【图文信息综合来源于创意物理与成功教育网】

物理学习有难题，就去听创意物理！创意物理孟老师在跟谁学开课了！每天一个专题精讲，轻轻松松提高成绩！关键是还有免费哦！打开跟谁学，搜索孟付良，寻找课程即可找到免费直播班课哦！交流物理学习问题请加孟老师微信succedu，不定时放出独家内部绝密讲义哦。

淮安教育