好奇心并不是人类独有的特质。例如,人们观察到,某些种类的老鼠和猴子对周围环境中的新奇事物表现出兴趣,甚至愿意付出努力来获得学习的“奖励”。然而,不可否认的是,好奇心对人类发展的推动作用远远超过地球上任何其他已知物种。生活的许多领域,包括医药、通讯和交通,在效率和便利性方面都有了极大的提高。的确,从用电鱼治疗偏头痛,到错误地认为恐龙骨头是巨大睾丸的化石,我们已经走了很长一段路,所以,生命、宇宙和一切的一些答案不太可能在21世纪70年代中期得到解决,这可能会让人感到惊讶。

是的,仍然有一些重要的问题,即使是世界上最伟大的头脑也没有回答——这些难题可能在50年后仍然存在。以下是一些已经研究了很长时间的最令人难以置信的谜题,以及为什么我们可能不会很快知道答案。

computer generated image representation of cells

地球已经存在了大约45亿年,化石记录的证据有力地表明,最古老的生命形式出现在6亿年之后。不出所料,人类历史上存在时间最长的难题之一是确定地球上生命开始的确切环境。一种理论是在探索生命起源于“原始汤”的可能性的实验之后提出的,强调了第一批生命形式出现之前地球的化学组成。另一种观点认为,生命的基石可能是由彗星沉积在地球上的。

最早试图找出生命起源的尝试之一可以追溯到公元前4世纪,远在科学方法普及之前(根据北亚利桑那大学)。在观察到苍蝇、蠕虫和其他生物似乎是从泥土和变质的食物中出现的之后,人们相信生命可以自发产生——有生命的有机体是从无生命的东西中产生的。这一观点最终被17世纪的博物学家如弗朗西斯科·雷迪(Francesco Redi)和玛丽亚·西比拉·梅里安(Maria Sibylla Merian)揭穿,他们用腐烂的肉做实验,证明了蛆虫和苍蝇并不只是从无生命的东西里蹦出来的。

科学家们现在知道地球上的生命需要三种成分:能量、基本元素(如碳、氢和氧)和水。无论如何,我们仍然无法复制这些组合如何“创造”生命。

bespectacled woman looking at computer screen

此时此刻,你意识到你正在阅读这篇文章。这是由你的意识实现的,它也赋予你感受情绪、形成思想、体验痛苦和对周围刺激做出反应的能力,这些能力超出了你生存所必需的水平。但是人类意识的“如何”和“为什么”都是专家们仍然无法回答的问题。

据《科学美国人》报道,研究人员倾向于分为两个阵营:一个阵营认为智人是独一无二的,因为我们有主观体验的能力;另一个阵营则认为“意识”没什么特别的,只是所有生物都拥有的一种生物功能。换句话说,如果你不小心踢了你的狗狗一脚,它就跑了,你的宠物真的受伤了吗,还是它只是一种生物学上根深蒂固的自我保护本能?

在2018年发表在《心理学前沿》(Frontiers In Psychology)上的一篇论文中,研究人员推断,动物行为的三个组成部分——即工具使用、沟通能力和自娱自乐的行为——在人类身上的协同作用不同,从而使意识成为可能。与此同时,科学家们(通过2024年发表在《自然》杂志上的一项研究)利用神经成像数据来检查大脑的功能结构,涉及意识的三个核心维度(清醒、意识和感觉整合)。然而,最终,我们仍然不知道大脑中电信号如何以及为什么产生意识的细节。

purple night sky full of stars

据我们所知,大爆炸理论是最普遍接受的关于万物诞生的观点:一个超热的点以某种方式迅速膨胀了数十亿年,形成了我们今天所观察到的宇宙。但是,尽管这一理论确实为宇宙的形成提供了一个可信的、基于数学的解释,但它并没有真正解决它为什么存在的问题——一个哲学家和科学家一样认真解决的问题。

发表在1999年一期《哲学》杂志上的一篇文章提到了三种可能的回答:宇宙的存在归功于一位无所不能的造物主,宇宙的存在仅仅是因为它存在,以及——也许是最令人费解的——宇宙通过某种封闭的时间循环对自己的存在负责。根据17世纪哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)的著作,一个“真实存在”(即上帝)负责创造宇宙;换句话说,宇宙的形成必须要有某种东西。然而,其他思想家则把宇宙的存在看作是一个“残酷的事实”,或者是不需要进一步解释的东西。

还有理论物理学家斯蒂芬·霍金和詹姆斯·哈特尔在1983年提出的“无边界假说”(通过物理评论)。基于此,宇宙既没有开始也没有结束,所以寻找它们是没有意义的。正如霍金自己所说(通过《量子杂志》):“这就像问南极以南有什么一样。”

young woman sleeping in bed

从字面意义上讲,睡眠是我们生活中必不可少的东西。我们一生中大约有三分之一的时间都在打盹(或者至少是想睡一会儿),我们的整体健康很大程度上取决于是否有足够的睡眠。然而,我们仍然不知道为什么它是一种生理需求,而不仅仅是一种愉悦。

多年来,研究人员已经发展出一些理论来解释睡眠的必要性。一些专家说,睡眠有助于保存能量:据《公共科学图书馆·综合》报道,每天睡眠8小时可以使一个人的能量消耗减少35%,《国际内分泌学杂志》称,人类在睡觉时消耗的能量最少。另一种理论提出,睡眠是精神恢复、肌肉修复和细胞恢复的机制。发表在《睡眠》杂志上的一项研究让老鼠连续几天完全不睡觉。这些动物表现出能量消耗增加和健康状况恶化的迹象,它们在一个月后全部死亡。

最后,大脑可塑性(信息巩固)理论表明,大脑利用你睡觉的时间来组织和处理一整天的数据,从而影响你的认知功能(根据《神经科学杂志》)。然而,尽管我们一直在努力弄清楚为什么我们需要睡眠和食物和水一样多,但一个明确的答案仍然很遥远。

doctor co<em></em>nsulting with cancer patient

根据WebMD的数据,2021年,癌症导致全球超过1000万人死亡,巩固了其作为人类已知最致命疾病之一的声誉。尽管在癌症研究上投入了大约两个世纪的智力和资金,但这种疾病的治疗方法尚未被发现,而且找到一种适合所有癌症的治疗方法的可能性非常小。

癌症无法治愈的一个主要原因是,“癌症”并不只适用于一种疾病。根据WebMD,有超过200种癌症,影响身体的不同部位,并以各种方式表现出来。此外,即使是同一肿瘤中的癌细胞也可能有不同的突变(根据世界癌症研究)。更糟糕的是,事实证明,癌细胞非常善于躲避免疫系统,这就是为什么一些癌细胞可以在治疗中存活下来,并在身体的其他地方长出丑陋的头。

话虽如此,癌症诊断并不一定是终结。目前有许多治疗选择,在过去几十年里,全球生存率大大提高。此外,专家们说,专注于预防癌症将比急于治愈癌症产生更好的效果(根据哈佛公共卫生)。然而,最终,癌症患者能说他们被“治愈”的唯一方法是症状消失,并且在患者的余生中再也不会出现。

blue frog reflected in water

这听起来像是一个体面的生物学家应该回答的问题:“我们的星球上有多少动植物物种?”但显然,要得出一个明确的答案并不像你想象的那么容易——这不仅仅是因为答案太多了。

对地球上每一个物种进行人工调查将是一场后勤上的噩梦。这就是为什么专家们求助于古老的数学来获得令人满意的估计(根据国家野生动物联合会)。然而,这个数字取决于你使用的公式:基于栖息地的比较将这个数字定在300万到500万之间,体型与种群的比例表明,仅陆生动物就占地球物种的1000万,而基于自然进化影响模式的计算(根据科学)给出的数字介于两者之间:870万。发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项研究,在研究了地球上微生物物种的DNA序列后,得出了一个惊人的数字:近1万亿,这基本上表明,我们在识别所有微生物方面只触及了表面。

还有一个问题就是如何准确定义“物种”。共同的身体特征本身并不能经得起科学的审查,而基于繁殖能力的理论不仅排除了无性生物,而且也排除了传统上被观察到交配的独立物种。

photo of Antikythera mechanism

想象一下,在探索一艘古老的沉船时,偶然发现了一种看起来超前于时代的神秘装置。这正是一百多年前潜水员在希腊安提基西拉附近搜寻一艘罗马货船残骸时所经历的。这个破旧的装置,看起来像是直接从蒸汽朋克小说里出来的东西,后来被称为安提基西拉装置。这引发了几个问题:它是用来干什么的?古代科学家是如何组装被许多人称为已知最早的模拟计算机的?为什么它如此超前于它的时代,为什么我们没有在同一时代发现更多类似的机制?

多年来,研究人员已经能够在一定程度上确定该设备的主要功能。在研究了它的82个碎片后,专家们得出结论,这个齿轮传动装置的特点是由青铜制成的,很可能被用来绘制和跟踪夜空中的宇宙事件和物体(特别是行星、太阳和月亮)。考虑到它的复杂性,科学家推测它不可能是独一无二的;原型机甚至其他类似的设备都在那里。但直到今天,我们还没有发现任何类似的东西。正如材料科学家亚当·沃西克在接受《卫报》采访时所说:“如果(古希腊人)有制造安提基西拉机械的技术,他们为什么不把这种技术扩展到设计其他机器上,比如时钟呢?”

aerial shot of river at daytime

尽管地球表面超过三分之二是水,但我们仍然不能确切地说为什么我们的星球上有这么多水。令人惊讶的是,要弄清楚地球上的水是如何变得如此丰富的,除了氢和氧,还需要考虑更多的元素。事实上,专家们说,为了能够充分地追踪地球上水的起源,任何可接受的理论都不仅应该考虑到氦、碳和氮等元素是如何在地球上出现的,而且还应该与当代的、以证据为基础的关于太阳系是如何形成的观点相一致。

一种理论认为,水是通过宇宙蜗牛邮件到达地球的。“富含水”的物体,如陨石和小行星,可能在很久以前坠落在我们的星球上,在地球表面沉积了必要的成分。虽然这是目前最受欢迎和接受的解释,但有些人质疑其准确性。在2024年发表在《自然》杂志上的一项研究中,研究人员在早期太阳系附近的宇宙物体中发现了极少量的水。换句话说,虽然一些水可能来自它们,但它们不太可能是主要来源。

与此同时,2024年《自然》杂志上的另一篇论文表明,我们的大部分水可能是大气中的氢和史前“岩浆海洋”之间相互作用的结果。话又说回来,解释可能是两者兼而有之,但没人知道具体到什么程度。

engraving of hanging gardens of babylon

古代世界七大奇迹最著名的版本是根据公元前225年希腊工程师拜占庭的菲罗所编制的名单。在这七大景点中,只有吉萨金字塔在时间的流逝中幸存下来。但是,名单上还有一个奇迹值得注意,原因完全不同:巴比伦空中花园,据说是巴比伦国王尼布甲尼撒二世的一个项目。

巴比伦空中花园是奇迹名单上唯一一个位置不明的地方。事实上,它是如此神秘,以至于没有可证实的考古记录来确定它的位置——这一事实甚至引发了人们对它是否存在的怀疑。除了罗马和希腊历史学家写的一些“准可信”的描述外,关于空中花园的实际样子或位置的历史证据明显缺乏。

一些现代历史学家甚至声称,这些花园只是一个虚构的故事。其他人则认为,这个谜题可能只是一个认错的例子:菲罗实际上指的是尼尼微的空中花园(古代学者错误地称之为“巴比伦”)。因此,我们不太可能知道,因为任何空中花园存在的证据都可能隐藏在水下。

thinking man sitting and facing right

记忆是人类所能拥有的最宝贵的东西之一,然而大脑中储存记忆的机制仍然笼罩在神秘之中。例如,没有人能确切地说出大脑是如何将接收到的信息转化为记忆的。研究人员采用了一种更细分的方法来研究记忆,他们从各个方面研究,把所有的数据像拼图一样拼凑在一起。

据专家们目前所知,大脑特别擅长记忆重要的生活事件(例如,婚礼、毕业典礼),以及可以描绘或具有物理、视觉对应的单词(而不是抽象概念)。不过,记住事情只是等式的一半。事实证明,忘记事情与其说是一种缺陷,不如说是一种特征。

你能想象如果你的大脑不自觉地保留了一天中遇到的每一条信息吗?用不了多久,你的大脑就会被你并不真正需要的数据填满,给你需要记住的新信息留下很少甚至没有空间。一些专家甚至认为,让大脑有时间进行日常的精神整理,实际上可能是睡眠的主要目的之一。尽管如此,科学家们还需要进一步的研究来更好地理解记忆与神经活动、记忆清晰度、甚至大脑中存储记忆的区域之间的关系。

man and elderly man smiling

据英国广播公司《科学聚焦》报道,目前可证实的人类最长寿命记录是122岁零164天(约122.45年)。虽然这并不常见,但听说有人活过一个世纪也不奇怪。但我们真的能确定人类预期寿命的极限吗?

谈到这个话题,专家们的意见各不相同。有人说,由于现代医学的创新,普通人有望活到80或90岁;其他人估计,我们的基因组天生就能让我们活到115岁(根据《科学美国人》)。有趣的是,英国伯明翰大学的分子生物学教授jo o Pedro de magalh 观察了其他以相对长寿而闻名的动物(如裸鼹鼠和露头鲸)的基因组,得出的结论是,人类有可能活上千年,尽管对调节衰老的细胞功能进行了基因改造。

与此同时,《公共科学图书馆·综合》(PLoS One)上2024年的一项研究调查了19个“高收入”国家的死亡率记录,得出的结论是,随着时间的推移,普通人的最长寿命只会稳步增长,部分原因是新的救生技术。基本上,很难破解这个问题,因为答案永远是最长寿的人的年龄,直到有人超过他们。

art representing isaac newton's gravity observation

对于我们存在的如此普遍和必不可少的东西,有趣的是,我们仍然不是重力如何工作的专家。我们可以根据既定的物理定律——两个物体之间的吸引力,相对于它们的质量——来描述引力是如何影响现实世界的,但引力仍然有许多神秘的方面,让科学家们困惑了很长时间。

例如,尽管多年来的实验证明了引力和量子力学之间的联系,但研究人员仍然没有观察到任何可测量的差异,可以有效地统一这两个理论。尽管如此,它仍然是物理学家的圣杯,因为这样一个理论可以完全解释宇宙的基本原理。我们目前对重力的理解并不是完全无懈可击的,这也没有帮助。

例如,艾萨克·牛顿爵士的开创性工作无法解释黑洞和其他引力现象;近三个世纪后,阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论帮助填补了其中的一些漏洞。然而,最近发表在《天体物理学杂志》上的一项研究表明,观测到的相隔很远的双星的轨道加速度与牛顿-爱因斯坦的预测并不一致。尽管如此,研究人员并没有停止试图了解引力的秘密,并提出一种“万有理论”。这证明,虽然研究重力有时会成为一种阻碍,但它也能真正吸引你。

abstract art representing dark energy

你可能对“暗物质”和“暗能量”这两个听起来令人毛骨悚然的术语很熟悉。如果有帮助的话,你可以把它们想象成黑暗,不是邪恶的,恶毒的意义,而是“我们真的看不到它们”的意义。在某种程度上,这仍然令人毛骨悚然,考虑到大约95%的物质是由它们组成的,而根据美国宇航局的数据,可观测的宇宙只占可怜的5%。更具体地说,超过三分之二的物质是暗能量,而暗物质占宇宙的四分之一多一点(根据哈佛和史密森天体物理中心)。

试图研究暗物质和暗能量的问题在于,确定它们不是什么要比确定它们是什么容易得多。首先,暗物质不是普通的或可见的物质;它也不是反物质,因为它不会产生我们在物质-反物质湮灭过程中观察到的同样的辐射特征。我们对光如何工作的理解也使大黑洞不可能是暗物质。

然而,暗物质对星系和星系团的明显影响使研究人员确信肯定存在“暗物质”这样的东西。另一方面,暗能量的组成既神秘又无法直接测量。当然,这并没有阻止科学家们使用高功率望远镜来寻找和研究它。

actual photograph of black hole

黑洞是科幻小说和流行文化中的固定元素,通常被描绘成跨次元的门户,或者是消耗一切的外太空沙拉克。但是,如果你不幸被拉进其中,会发生什么呢?据Space.com报道,这两种解释都是可能的。

如果是前者,那么答案遵循物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森在1935年提出的虫洞理论,该理论基于另一位物理学家路德维希·弗拉姆多年前提出的“白洞”理论。黑洞和白洞由所谓的“爱因斯坦-罗森桥”连接起来,理论上可以作为星际旅行的宇宙捷径。可悲的是,另一种可能性似乎更有可能:进入一个恒星质量的黑洞,或者一个由恒星引力“死亡”产生的黑洞,会导致你的整个身体变成意大利面,这就像听起来一样可怕。一种不那么暴力(但同样令人不安)的结果是,如果你不知怎么地发现自己在一个超大质量黑洞中:你可以看到外面,但你不可能从事件视界外看到和拯救。

最终,在有人真正能够进行适当的实验(并幸存下来告诉结果)之前,任何关于黑洞内部发生了什么的问题的答案都将纯粹基于有根据的猜测。或者,正如杜伦大学计算宇宙学研究所的理查德·梅西教授(通过Space.com)简洁地指出的那样,“谁知道呢?”

dead person's hand emerging from smoke

克利夫兰诊所的专家描绘了一幅非常清晰的画面,描绘了你的身体在死亡后会发生什么,包括你的体温持续下降,皮肤变色,你的身体在“僵硬”和“放松”之间交替。但是,虽然我们可以描述发生在死者身体上的可观察到的变化,但死亡的非物质体验是完全不同的。

发表在《复苏》杂志上的一项研究涉及来自美国、英国和奥地利的2000多名心脏骤停患者。在四年的时间里,研究人员与同意接受采访的幸存者(330人中的140人,《新共和》)进行了交谈。据报道,39%的受访者对他们被认为临床死亡期间的经历和细节有一些回忆。在接受《每日科学》采访时,该研究的主要作者萨姆·帕尼亚博士解释说,这很重要,因为据说心脏停止跳动后半分钟内,大脑功能就会停止;换句话说,研究结果表明,死后意识的概念值得进一步研究。

与此同时,据《独立报》报道,在Reddit的一个帖子中,“临床死亡后又复活”的用户分享了无法证实的答案(尽管很有趣)。一些人将他们的经历与无梦的睡眠进行比较;另一些人回忆说,他们看到了自己的身体,或者在绝对的黑暗中。

Jack the Ripper near Big Ben

很少有罪犯像臭名昭著的连环杀手开膛手杰克那样闻名世界,这很讽刺,因为我们不知道他的真实姓名。19世纪之交,这个神秘的伦敦杀手在白教堂区犯下了一系列可怕的杀戮,让当局和公众都感到困惑和恐惧。几个世纪后,他的真实身份仍然是个谜。

证据不足和反犹主义使得警方无法揭开开膛手杰克的面具。当时,伦敦的侦探们只能依靠可信度令人怀疑的目击者的描述,以及在开膛手杰克的五名受害者之一(凯瑟琳·埃德道斯饰)附近发现的一条血迹斑斑的围裙碎片和一条披肩。更糟糕的是,一些公民持有种族主义观点,认为开膛手杰克是移民,这导致许多犹太男子被确定为潜在的嫌疑人。

虽然开膛手杰克的身份仍然没有得到解决,但这并不是因为缺乏尝试。多年来,自称开膛手的人梳理了每一起已证实和疑似谋杀的案件,试图破案。2019年,对披肩进行了线粒体DNA分析,但专家们很快注意到,这种测试只能排除嫌疑人,而不能确定他们的位置。因此,尽管法医科学取得了巨大的进步,但我们可能永远不可能知道开膛手到底是谁。

mo<em></em>nument to alexander the great

活跃于公元前3世纪的马其顿统治者亚历山大大帝是历史上最著名、最成功的军事领袖之一,令人惊讶的是,如此重要的历史人物的最后安息之地至今仍不为人所知。

历史记录表明,这位勇士国王最初被他的朋友和继任者托勒密一世安葬在埃及的孟菲斯,几年后,据报道,国王的遗体被转移到另一个埃及城市亚历山大。基于此,历史学家怀疑亚历山大大帝的遗体可能被带到城市的东部,并放置在一个由雪花石膏制成的没有标记的坟墓中。另一个可能的地点是为法老Nectanebo II建造的石棺,他从未使用过它。

不幸的是,在这一点上,我们可能永远不会找到亚历山大大帝的真正埋葬地点。在接受《生活科学》的采访时,埃及古物学家、罗伯特·安德森研究慈善信托基金主任克里斯·诺顿说,城市的现代化、无数的自然和人为灾害,以及明显缺乏有关陵墓外观的证据,几乎可以肯定这座陵墓已经消失在时间里了。

half of earth seen from space

在太阳系的所有行星中(以及以前的行星,对于冥王星的粉丝们来说),地球在很多方面都是独一无二的。除了是目前唯一确认有生命存在的行星外,它也是唯一一颗不是以罗马或希腊神话中的神命名的行星。

自从有文字记载以来,我们的星球有过很多名字。据《生活科学》报道,在地球的备选名称中,有“奥比斯”(Orbis),这是希腊学者根据他们知道地球不是平的知识创造的名字,还有“Terra”,一个拉丁语单词,字面意思是“土地”。另一个绰号是“mundus”,它起源于罗马(西班牙语和法语分别衍生为“el mundo”和“le monde”)。与此同时,“地球”这个名字有盎格鲁-撒克逊词根(“Ertha”,大致翻译为“地面”),这反过来又产生了其他欧洲同类词(如荷兰语的“Aarde”和德语的“Erde”)。

不过,很难说为什么“地球”这个名字会被沿用。专家们认为,它就是这样做的,特别是因为似乎没有官方声明或法律规定它是这样做的。这也是为什么最初决定将地球命名为“地球”的人的身份可能永远不会被发现,除非我们以某种方式……发掘这样一份文件。

red cloudy sky signalling the apocalypse

宗教文本广泛地讨论了万物的终结,用一种更具预言性的、近乎电影般的方式来描述世界末日。科学家们还提出了至少三种截然不同的情景;可以预见的是,它们中没有一个看起来特别吸引人,而且在物理学家提出万有理论之前,它们都是摆在桌面上的。

排在第一位的是大收缩:根据它的支持者的说法,宇宙的持续膨胀意味着最终,宇宙中会有足够的物质来阻止它的增长,而且还会把它自己拉回来。为了粗略地说明这一点,想象一下把一根橡皮筋拉伸到极限,然后放开两端,让它弹回原来的形状。

第二种理论,大冻结理论,设想了宇宙在数万亿年后的样子。最初,星系之间的距离会变得非常大,以至于不可能看到它们,也不会形成更多的恒星。当最后一个超大质量黑洞蒸发时,整个宇宙的能量将均匀分布,整个宇宙陷入寒冷的黑暗。最后,大撕裂的支持者认为,宇宙将继续膨胀,直到暗能量超过引力的力量。结果,一切——恒星、行星,甚至黑洞——都将被撕裂。在这场宇宙范围的毁灭结束时,剩下的将是“单一的、不相连的粒子”。