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2016年十大科學新發現

2016年,科學界各個領域的發現均具有重大意義,從證實百年前愛因斯坦預言的時空可變效應——重力波,到天文學觀測宇宙星系已經重組,以及頻頻出現改變教科書的實驗,世界正在醞釀科學的巨變。

在2016年,來自太空的小行星多次無預警地掠過地球,甚至進入我們頭頂的大氣層中炸毀,因此引發人們對地球面臨各種災難的擔憂。

以下是大紀元盤點的2016年十大科學新發現。

1. 愛因斯坦重力波 突破實證科學

2月11日,美國激光干涉重力波天文台(LIGO)宣布,觀測雙黑洞系統的結果證實一百年前愛因斯坦廣義相對論所預言的時空漣漪——重力波的存在。

德國馬克斯普朗克重力物理研究所的物理學家布魯斯‧艾倫(Bruce Allen)表示:「首次發現重力波可穩奪諾貝爾獎。」

令人深思的是,一百年前愛因斯坦在非實證科學方法——「黑箱思想實驗」的基礎上提出廣義相對論時,遭到整個科技界的嘲笑和排斥,僅幾個理智占主導的科學家(如普朗克)認識到愛因斯坦思想的偉大意義——用非實證方法得到的理論同樣可以描述這個宇宙。

果然,隨著時間的推移,廣義相對論預言的光線彎曲、水星近日點進動以及重力紅移現象在二十世紀內相繼得到證實。

愛因斯坦曾說:「在原則上,試圖單靠可觀察量來建立理論,那是完全錯誤的。」

科學家於6月份再次宣布另一個天文觀測也證實了重力波的存在。賓夕法尼亞州立大學的天文物理學家查德.漢娜(Chad Hanna)說:「現在我們能夠探測到重力波,這將成為研究銀河系以及探索宇宙的嶄新途徑,我們會有驚人的收穫。」

2. 宇宙已經重組 星系數量至少2兆

《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)10月份發表的一個報告指出,英國諾丁漢大學(University of Nottingham)的天體物理學家經過十五年的研究,發現宇宙中的星系數量之大超出現象,至少為2兆星系。而人類的能力極為有限,即使最強大的望遠鏡也只能觀測其中10%的星系,而90%是人類不可能看到的。

諾丁漢大學的天體物理學教授克里斯托弗.康舍利斯(Christopher Conselice)說:「絕大部分的星系是我們目前探索不到的,因為它們非常昏暗且遙遠。」

研究者還發現,宇宙已經重組。那些最古老的大星系變小了,而很多以前的小星系又因為碰撞和融合,數量變少了10倍。康舍利斯表示,天文學家沒想到宇宙在這二十年間發生這樣大的變化。

3. 銀河系巨變 太陽系所處空間增大

9月,天文學家聲明,觀測發現銀河系的質量增加了大約1/3,而且我們太陽系所處的空間增長了4倍,其中產生了更多的新星。

史密松天體物理中心(CfA)的天文學家馬克‧瑞德(Mark Reid)說:「這個(太陽系所在的)區域從未得到重視,人們以為那是微不足道的地方。」

銀河系有4個大旋臂,看上去像傳統文化中的佛家卐字符。太陽系所在的空間被稱為「本地旋臂」,其形狀類似銀河系的其它小旋臂。天文學家使用超長基線陣列望遠鏡(VLBA)發現本地旋臂的長度超過20,000光年,約為以前長度的4倍。

4. 鳥的大腦不簡單

美國《國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences )6月發布報告說,國際科學家研究組計算28種鳥的大腦細胞數量, 並將之與其它物種相比較,發現鳥大腦神經元細胞的密度之大出乎意料。例如,會唱歌的鳴禽和鸚鵡的大腦神經元細胞密度是鼠的2~4倍。

科技網站Quartz說,這個發現將改變科學界的一種長期錯誤的觀點。以前科學家認為物種之間的大腦神經元密度差異不大。

研究者表示,大腦神經元的密度越大,說明神經元細胞之間的聯繫越多,信息處理能力越強。《科學美國人》援引美國范德堡大學(Vanderbilt University)的神經科學家蘇珊娜‧赫賽勒(Suzana Herculano-Houzel)的話說:「在我的想像之中,鳥大腦與哺乳動物之間的差別不過是在細胞體積和數量方面。」

按照進化論,鳥不可能有認知能力,而且今年有更多的研究指出進化論的錯誤。如热带射水鱼(archerfish)能區分人脸,首次说明鱼的大脑雖然沒有進化論所說的新皮质,但是同樣有很強的智能認知力;類單鞭滴蟲屬(Monocercomonoides)的真核細胞可以沒有進化論定義的線粒體而依然存活,提示幾十年來的細胞定義需要修改。

5. 量子糾纏——感知另外時空的奇妙

3月初,歐洲科學家在量子物理學中取得里程碑式的進展:實驗室中得到光子在三維空間發生量子糾纏的結論。這是科學家首次突破時空維度的限制,將微觀世界的量子糾纏現象轉化到肉眼所見的宏觀空間中。

量子糾纏是指兩個量子粒子之間存在一種超越空間和時間的聯繫:一個粒子的狀態會同時影響另一個粒子的狀態,而沒有時間延遲或受距離制約。

日內瓦大學(University of Geneva )的瓦倫蒂娜‧維沃利(Valentina Caprara Vivoli)表示,根據該試驗進行的技術原理,甚至可以觀測發生量子糾纏的兩個人的情況。

雖然幾十年來物理學家因為受光速不變理論的限制而否定存在量子糾纏,但是近年世界各地的多個試驗檢測到發生量子糾纏的粒子,而且量子糾纏具有信息存儲等實際應用意義。例如,谷歌開發「量子計算機」,獲得比當前筆記本電腦快100萬倍的計算速度。

6. 《2016地球生命力報告》:地球六分之一的物種將滅絕

世界自然基金會(WWF)10月27日公布的《2016地球生命力報告》(Living Planet Report 2016)說,1970~2012年間的調查顯示,目前地球無法承受人類活動,近半個世紀以來人類造成野生動物種群減少一半,而且人類自身的生存也受到威脅。

調查者跟蹤了3706個物種,共超過14,152個脊椎動物種群,包括魚類、鳥類、哺乳類、兩棲類和爬行動物,發現這些種群的數量減少了58%。其中,淡水物種的情況最嚴重,數量已經減少81%。

該機構的全球總幹事馬可‧蘭博蒂尼(Marco Lambertini)認為,人類生存受到威脅的原因在於人類自身。而且世界自然基金會在報告中對解決危機的途徑作以探討,提醒人們不要「聚焦於表象,而忽視了問題本源」,本源內容則涉及整個人類的心智問題,包括「個人的信仰、價值觀和設想」。

7. 如果存在第五種力 將改變科學基礎

5月份,科學界權威的《自然》雜誌報導說,宇宙可能存在第五種基本的力,如果該結論被進一步確定,將改變科學界的基本宇宙概念。因為科學家一直認為自然界只有四種基本力。

《自然》說,去年匈牙利國家科學院(Hungarian Academy of Sciences )的物理學家亞提拉‧克雷斯納豪基(Attila Krasznahorkay)等人提出第五種力,但是未受到科學界的重視。

而美國加州大學(University of California)的物理學家表示,評估去年匈牙利科學家的轟擊質子實驗,可以肯定產生的多餘電子和正電子之原因為未被發現的第五種力造成的。

另據《科學美國人》5月報導,托馬斯傑斐遜國家加速器基金(Thomas Jefferson National Accelerator Facility)以及美歐其它研究機構正在進行驗證實驗,估計一年後能得到確認結論。

8. 奇異天體令人聯想到外星人

今年,星體KIC 8462852成為得到天文界極大關注的對象,因為天文界對其神秘的亮度變化特徵一直無法給出令人滿意的解釋。

加州理工學院和卡內基研究所的天文學家指出,開普勒太空望遠鏡的四年觀測結果顯示,銀河系中的KIC 8462852變暗速度由每年0.34%的速率加快為2.5%,之後回復到以前的變暗速率。

KIC 8462852被科學家稱為「戴森球」。 1960年,物理學家弗里曼‧戴森( Freeman Dyson)提出,外星文明可能製造巨大結構環繞某個恆星飛行,這種巨大結構後來被人稱為「戴森球」。(視頻截圖)
加州理工學院的天文學家本‧莫泰特(Ben Montet)說:「讓我吃驚的是,它的亮度變化那麼快,出現非線性特徵。我們花了很長時間,試圖說服自己這不是真的。但是我們做不到。」

諾貝爾物理學獎獲得者、路易斯安那州立大學(Louisiana State University)的天文學家布拉德利‧施哈弗(Bradley Schaefer)排除彗星造成KIC 8462852亮度變化的原因,並分析說:「這種變暗可能是任何人還沒有想到的一種因素所造成的。」

賓州州立大學(Penn State University)的天文學家傑森‧萊特(Jason Wright)曾表示,這種不同尋常的現象確實讓人聯想到外星文明。

9. 小行星日——人類的時間是借來的

6月30日是世界小行星日。天體物理學家布瑞安.梅伊(Brian May)在一份聲明中說:「我們對小行星撞擊地球的可能性了解得越多,越能清晰地意識到人類正依賴借來的時間在延續生命。」

「世界小行星日」組織警告,地球受小行星致命撞擊的危險是真實存在的,可能撞擊地球的小行星數量超過一百萬顆,但人類的科技僅能發現百分之一的威脅。

今年無預警掠過地球的小行星包括6月初的2016 LP10(直徑2~8米)和2016 LE10(直徑23米)、8月27日的2016QA2(直徑50米)及9月7日的2016RB1(直徑7~16米)。其中,2016RB1距離我們僅為地月之距的1/10(約4萬公里),若撞到地球上,至少會導致嚴重的局部災難,美國航空航天局在它出現的兩天前才發現它的存在。

也有多次小行星進入大氣層爆炸焚毀。如2月6日下午,巴西沿岸約1000公里的大西洋上空,一顆直徑小於10米的隕石發生爆炸,爆炸能量相當於1.3萬噸TNT炸藥;6月2日凌晨,美國亞利桑那州南部夜空一顆物體發生爆炸,瞬間將黑夜變成白晝;9月26日夜間,大小不明的小行星在澳洲東部格萊斯頓(Gladstone area)上空發生爆炸,320公里之外也可以看到閃光及聽到響聲。

10. 牛津大學報告:全球性災難迫在眉睫

5月,牛津大學發布《2016年全球災難危險度調查報告》( Global Catastrophic Risks Report 2016)指出,全球性的各種災難迫在眉睫,一旦發生,可能導致全球十分之一的人口死亡(約17億人)。

報告說,正在發生的最大災難性危險是大瘟疫和核戰爭。在冷戰結束後,核戰爭的危險被低估。最大的潛在危險是氣候變化,以及一些科學技術,如生物技術會製造出毒性遠遠超過自然原有的新型致病性物質、人工智能會在很多方面摧毀人類。其它的危險有火山爆發、小行星撞地球等等。

報告提醒,政治和經濟等因素造成人們沒有充分意識到危險的嚴重性,尤其是,全球受利益集團的影響而沒有形成聯合在一起的應對力量。

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