世界科学难题 你明白几个?

难题之五:太阳自动控制核聚变
  
反应的物理机制是什么?人类在享受太阳的光和热,也知道太阳的能量由氢核聚变反应提供,20世纪的量子理论和太阳的标准模型可以非常清楚地告诉这一点,可是它们都不曾回答一个非常简单的问题:太阳为什么没有变成天文学氢弹(像地球人的氢弹),而是非常准确地每秒提供6亿吨氢核燃料,并赐于地球人最合适的生息条件。以下内容需要回复才能看到这里,以往的科学理论都只能提供拟合的数据,以示自重力构成的压力(0.75个太阳半径),与核聚变构成的光压(0. 25个太阳半径),刚好处在动力学平衡态上。幸好,还没有哪一位科学家做过精确的计算,因为这个外壳实在大单薄了。太阳之所以没有变成天文学氢弹,不仅仅向太阳的标准模型提出了挑战,也向20世纪的时空理论和相互作用力理论提出了挑战,只需用一句话,这又是20世纪的任何科学理论都无法解答的,这一句话就是:核聚变反应区如果是以往理论所指的太阳中心到0.25半径处的一个球体,由于核聚变反应产生的中微子对太阳内部空间同样是全透明的,因此来自太阳内部的中微子应该在太阳刚诞生时就散失了,何来现在的太阳中微子失踪案和可测的中微子流量?谁能提供太阳自动控制核聚变反应真正的科学理论,谁就掌握了打开“和平利用核聚变能”大门的钥匙,这是毫无异义的。

难题之六:地球为什么会自转?

“地球在自转着”!后人曾为伽利略编织了一个很美的故事,它成了信仰科学的座右铭。地球为什么会自转?为什么是现在这个样子?这等于在问,自然界(宇宙)为什么是现在这个样子,而不是另外的一种样子。牛顿说,地球有过“第一次推动”,更通俗些说,地球的自转是“造物主安排的”,凡夫俗子不可以问这个问题;后来的全部天体物理学理论及地学理论则说,这是地球形成后就有的,是转动惯量守恒律支配的自然力。通俗些说,它是由“自然神”安排的。时间到了上世纪末,人们终于开始议论:为什么年幼态恒量的气体环只有同步自转?它是如何演化的?为什么“第一次推动”或“固有的自然力”会把月球遗忘而只给地球安排(这是不公平的,因为月球仅有潮汐力引起的同步自转)?为什么地球在公转轨道上的自转速率增量变化(周年振幅20~25毫秒),不与经典的开普勒规则相一致(引力与作用距离平方成反比),而是与太阳距离的一次方成反比。时。这能办到吗?到了1998年,人们终于发现了地球自转运动的一个大秘密,地球存在着分层自转,地表有一个我们知道的自转速度,地核则存在着一个以往不知道的自转速度,每地球日要比地表快0.59秒。问题变得严重了,因为它与20世纪的空间理论唱上了对台戏,也与“第一推动力”和“固有的自然力”唱上了对台戏。如果你要尊重客观,就得承认,地球的自转运动与地球的内部结构和地球的释能机制有关联,这又是20世纪科学理论没有回答的大问题;正是我们不知道的地球释能机制,造成了地壳的板块构造运动,给人类带来了一次次惨绝人寰的地质灾难(地震和火山等),甚至改变了地球的自转速度。能够找到地球释能机制正确的答案吗?就是说,如果有人能解开地球自转之谜,解开地球释能之谜这个死结,也就得到了一把打开另一个未知世界大门的钥匙,这就是地震的预警机制,如果人类的地震预警装置能够做到准时准地准级别的预报,即使只有6~12个小
 

难题之七:物理空间是对称的吗?

物理学一些最基本的理论,都是建立在空间对称性基础上的,自从在弱相互作用中发现左和右的绝对性后,空间对称性的概念才开始动摇了。物理空间是对称的吗?很多人都提出过这一疑问,但是有更多的人认为空间的左右对称性是一种客观的存在,是一种自然美。有位数学界的著名人士给我举了两个例子(假想实验);用1张正方形的理想化纸片,沿中线对折后,随机打上生物颜料构成的注记,摊开后看看左右是否对称?如果设想,到远离地球引力场的外空间,假设有一块正方形的空间面积,沿中线对折,左和右是否对称?我回答了他的问题,对第一个问题解释为,真实的空间是不对称的,理由很简单:生物大分子的旋光异构体,若按原子排列命名某一生物分子为左手系(L),则它的异构物按同一原则的原子排列就必为右手系(R),它们只在假想的数学空间具有左右对称,但在真实的物理空间,却是具有不同物理特征的空间结构,左与右具有不同的能量差。现代制药工业正是利用这一原理,对常用的200余种手征性药物,有目标的选择与(L)或(R)相对应的价电子力,或表达其能量差的其它方法,使其中没有药效的一种手征性大分子形成中性盐或络合物而被清理出局,如果真实的空间是不对称的话,恐怕连治病的药物都买不到了。对第二个问题还是说,真实的空间是不对称的,这一类不对称,反映到太阳系空间的星际航行,例如“先驱者10号、11号”宇宙飞船,相对于地球的坐标原点(由它测量飞船的轨道数据),就有一个因左右不对称造成的附加速度,是0.78138纳米每秒平方。正是这个因为左右不对称构成的附加速度,使“先驱者10号”偏离了预定飞行轨道约40万千米,“先驱者11号”也重蹈了到处流浪的复辙。物理学空间是否左右对称,更理想的测试还有三个:其一是沿左右空间人造卫星自转速度变化率的测定;其二是沿赤道面光缆进行电磁脉冲的双向传递,测定向左和向右时间差的实验;不过,最好的实验还是“引力探测器B”卫星,因为它的运行轨道,其中半个周期是左手征空间,另半个是右手征空间,在离地球640千米的极地轨道上运行,左和右的光速差引起陀螺仪自转轴偏转,1.5年后将有10.824″附加角偏转,它比其它物理效应都要大(3项物理效应都是向量值),实验结束后自见分晓。在自由空间,在分子世界,在原子和亚原子世界都存在着确定的手征性空间,问题只在于,这一类左右手征性是如何形成的?20世纪的空间理论是无法相容的。
 

难题之八:空间是什么?
 
大家知道,古人有上下四方谓之宇,就是空间有三维的意思,后来的牛顿理论,爱因斯坦的相对论都说空间是三维的,所有的天文观测(包括哈勃望远镜)也是这么说的。换句话说,我们只要选择一个坐标原点,理论上就可以用1支杠杆通过3条坐标轴丈量到宇宙边缘。如果宇宙空间是数学空间,只要用1支数学语言的杠杆就可以了,例如牛顿理论和爱因斯坦狭义相对论。如果是广义相对论的物理学空间,也仅要求有二个限制性词句,即:决定宏观世界中物质的分布状态仅与引力作用有关,其他形式的相互作用力只存在于“量子理论”描述的微观世界中。广义相对论说的就是如何将引力作用几何化,尽管空间有点弯曲,它仍然是广义相对论的杠杆可以丈量的,并得到宇宙空间是三维的结论。21世纪前的全部空间理论就是由上面的2支杠杆决定的(并用它丈量数学空间和引力空间)。如同空间是三维的概念一样,上面的两个限制性词句,也是作为补充性公理一并被人们接受的。现在的问题是,这2支杠杆是否管用?如果不管用,除去先验以外,你是如何得知宇宙空间是三维的?这两支杠杆真的管用吗?例如我们居住的地球,从卫星上看,它是1个三维的椭球体,它与外部的天体仅有惟一的引力作用,符合上面的补充性“公理”,因此至少可以使用广义相对论的杠杆。后来人们发现,连续的地球半径在离地心3480千米处,被分成了两个运动学空间,内核的自转速度比地壳表面要更快些,地球如此,行星体如此,太阳如此,唯独卫星体和其它小星体没有;人们又检查了纽康系数,卫星体,纽康系数为零,行星之间、行星和太阳之间纽康系数不为零。这意味着,除了卫星和其它小星体可以继续使用广义相对论的杠杆外。超出这一范围后,如果不对纽康系数进行修正,继续使用这样的杠杆就会得到错误的结论(它无法丈量反引力空间)。问题变得越来越多了。曾在比萨斜塔一显身手的自由落体实验,它曾为爱因斯坦的“等效原理”立过功勋,细心的科学家从同时落地的物体中取出分子,再从中取出原子核和中子,把中子冷却后放进实验室的中子干涉仪里。结果发现,冷中子存在着反引力作用。就是说,如果继续使用这2支杠杆,就会出现,同1个中子,同在地球表面,既可表现为引力又可表现为反引力,通俗地说,它是一只既死又活的薛定锷猫。由于中子在与地球相互作用,地球同样成了一只既死又活的薛定锷大猫。人们又把目光转向太阳和太阳系,太阳是1个三维空间的大火球,它和被捆着的太阳系成员,在经过微小的纽康系数修正后,太阳系的运动服从开普勒规则(引力与作用距离平方成反比),它符合上面的补充性“公理”。然而太阳又在绕银心转动,人们发现太阳也好,作为邻居的比邻星也罢,它们的运动不再服从开普勒规则了,引力仅与作用距离一次方成反比,即银河系中的ν(r)值保持不变。并且还发现,太阳和比邻星之间,97.4 %的距离不是相互吸引,而是相互排斥的,它成了小星体的自由市场。换句话说,同一个太阳,如果上述两个限制性词句构成的补充性“公理”成立,广义相对论的刚杆继续可以使用的话,太阳同样成了一只既死又活的薛定锷猫。也就是说,要么两个补充性“公理”和广义相对论杠杆仅适用于卫星一类小星体,而不适用于大部分天体和宇宙的大部分空间,要么冷中子和地球及太阳可以在三维空间变成一只既死又活的薛定锷猫。这样的空间结构显然不是数学语言的杠杆可以单独丈量的,广义相对论的杠杆,也仅在对纽康系数修正后,能勉强使用到0.055155光年的范围。20世纪并没有为我们留下第3支杠杆。使用什么样的杠杆才能丈量到宇宙的边缘呢,这应该是21世纪科学家犯愁的事了。找不到丈量宇宙的杠杆,就谈不上什么是空间,更谈不上空间有几维了。看来,如果仅仅是使用20世纪空间理论的2支杠杆,科学的难题真会像雪崩一样,把整个物理学给压扁了。

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