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全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 版權信息
- ISBN：9787559656582
- 條形碼：9787559656582 ; 978-7-5596-5658-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 本書特色
1.全書各章均圍繞一個科學問題展開，梳理問題來龍去脈，激發讀者的求知欲。 2.故事有趣味，插圖很直觀，沒見過的公式、符號也能看懂；講述科學知識，也滲透科學思維。 3.便攜開本，每個問題無需大量時間即可讀完，讀者可以根據自己的需要選擇碎片化閱讀或沉浸式閱讀。
全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 內容簡介
我們為什么要睡覺？外星生物在哪里？整個宇宙都包含在π中嗎？我們的算法是很優的嗎？元素周期表已經完整了嗎？質數是如何分布的？全人類的個祖先是誰？未來我們有可能長生不老嗎？這些你或許好奇過的“開放性問題”，也讓科學家夜不能寐，往往成為致力于解決這些問題的研究人員一生的激情所在。 本書是《誰捉住了上帝粒子？》的姊妹篇，內容涉及物理學、數學、化學、生物學、天文學等學科18個有代表性的謎題，不僅討論問題本身，也梳理發現問題、研究問題的歷史。這些當代科學的“紀念碑”，正等待年輕的科學家和科學愛好者發起“沖鋒”！
全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 目錄
1.“宇宙樂高”是完整的嗎 ?
“拿破侖興高采烈地吃了 6 只雞居然沒有被撐死”
隱藏的“原子密語”
在恒星中誕生，在恒星中死去
轟炸原子核
開放式的未來
2.我們為什么要睡覺？
睡眠剝奪！
長途飛行，從不休息
睡得更少，交配次數更多
節約能量
睡眠：比抗氧化食物更管用
那為什么會做夢呢？
3.搬家者的困境
一枚有趣的結婚戒指
莫澤蠕蟲問題
沙發問題
鋪瓷磚問題
“鑲嵌”數學的復興
4.超導夢的幻滅
電流生熱！
超導：令人驚喜的發現
永不停息的電流
尋找室溫超導
重整旗鼓
高壓超導
5.蛋白質的不同形狀是怎么來的？
DNA：蛋白質的構造圖紙
蛋白質折疊之謎
一大批諾貝爾獎
拯救了生物學家的電子游戲
6.巴斯克語是哪里來的？
語言的生與死
語言考古學
一種孤立語言
史前人類也說巴斯克語嗎？
遺傳學助我們一臂之力
7.暗物質和暗能量是什么？
“失蹤質量”的謎團
隱藏在“暈族大質量致密天體”背后的粒子
再探經典牛頓定律
暗能量謎團
愛因斯坦表示反對
真空能量
8.整個宇宙都包含在π中嗎？
“數字動物園”
1 的悖論
“宇宙數”
計算繁分數
“大海撈針”
9.誰是我們的“*近普適共同祖先”（LUCA）？
生命進化樹
逆“時”而上
LUCA 到底長啥樣？
LUCA 的基因
“RNA 世界學說”
RNA，我們真正的祖先？
10.外星生物在哪里？
生命誕生的特殊條件
危險的“宇宙射線”
費米悖論
大過濾理論
“它們”就在我們之中！
11.下一個諾貝爾獎會從水龍頭里“流出來”嗎？
流體的“質能方程”（E = mc2）
數學家面對的難題
連達·芬奇都感興趣的課題
“請求上帝”
關于湍流的數學天才
12.我們的算法是*優的嗎？
不知不覺中，你也在遵循算法！
排序算法
“銷售代表問題”
“匈牙利字典的一擊”
計算機安全面臨風險？
一百萬美元的獎金！
13.衰老的詛咒
動物界的情況
一種遺傳程序設計
DNA 縮短
“防止縮短”的解決方案
返老還童的基因
“衰老”有用嗎？
癌癥的光譜
14.黯淡太陽悖論
太陽，一顆平庸的恒星
一顆恒星的“*初時刻”
“青春期”總要過去
一個關于溫室效應的故事
所謂“地熱”？
15.質數是如何分布的？
我們怎么“數”質數？
雙胞胎還是表兄弟？
一個讓人抓狂的故事
*新進展
“*后一位數字”的故事
16.宇宙大爆炸之前是什么樣的？
一個反直覺的理論
在尺度的另一端：邁向“無限大”
大爆炸的蜃景……
基本作用力
弦理論
時空是 26 維的？
圈量子引力論
大爆炸之前宇宙什么樣？
17.生命的“爆發”
埃迪卡拉紀，這是什么？
一處特殊的遺址
沃爾科特的失誤
非同尋常的物種
氧氣或是基因
18.如何解釋基本常數的數值？
停止常數的乘法！
奇怪的一致性
只有氫元素的宇宙
哦，一片冰冷的沙漠……
生命是一個偽問題嗎？
物理學家的謬誤
參考文獻
展開全部
全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 節選
我們為什么要睡覺？ 作為一名普通人，我們每天花費在睡眠上的時間大概有7～8 個小時，這差不多是一天的三分之一。換算一下，這差不多意味著，我們的一生中有 25 年的時間是躺在床上度過的！然而，有件事情說出來你可能難以置信：我們確實不知道自己為什么要睡覺。 當然了，我們睡覺是因為我們“覺得困了”，可是，“困了”只是我們的身體向我們傳達的一個信號，意味著身體有這個需求。比如，同理，我們吃東西是因為我們“覺得餓了”，可是這種感覺是具有生理性功能的：營養物質是讓我們的身體得以運作的必要條件。 就睡眠而言，我們并沒有一個明確的答案：我們需要睡眠的生物學原因究竟是什么。雖然有幾種可信的假說可以解釋睡眠的作用，但它們都還沒有得到明確的證實。 睡眠剝奪！ 要想了解睡眠對人的根本作用，有一個簡單的方法：不睡覺，然后看看會發生什么！但是，要在人身上進行能夠得到良好控制的實驗顯然存在種種問題。你或許聽說過一些案例，當事人宣稱自己超過 10 天沒有睡覺，比如美國的蘭迪·加德納曾在 1964 年嘗試 11 天不睡覺；1998 年，澳大利亞的索菲·貝克特據稱堅持了 19 天沒睡覺。但是，從科學研究的角度來看，此類“案例”通常記錄不夠完善。 為了解決這個問題，1983 年，阿倫·雷克查芬（Allan Rechtschaffen）和他的同事們展開了一項著名的睡眠剝奪實驗：他們用大鼠做實驗，并且通過一種被稱為“水上圓盤”的“陰險”裝置來防止大鼠們睡覺。在這一實驗中，大鼠們被放到一個籠子里，籠子底部裝滿了水，大鼠們待在圓盤之上，這個圓盤一半在籠子里，一半在籠子外（見圖2.1）。 籠子里的大鼠們吃得好喝得好，只是圓盤會時不時開始旋轉，從而迫使它們不得不移動，否則它們將會被丟進水里。每次當大鼠們快要睡著的時候，圓盤就會開始旋轉，它們不得不保持清醒……這樣的情況大概每天要發生 100 次。 睡眠剝奪的影響是顯而易見的：實驗中的所有大鼠都在兩周之內死亡，比被剝奪食物的大鼠的死亡還要快得多。在實驗過程中，這些大鼠都出現了皮膚上的病變，并且體重減輕了很多，雖然它們吃得不比正常情況下少，甚至有時比正常大鼠吃得更多……它們的免疫系統被徹底攪亂了。然而，當研究人員對它們進行尸檢的時候，并不能確定它們確切的死亡原因。 盡管這個實驗的過程令人印象深刻，但似乎有必要對其結論進行一些調整。一方面，實驗人員后來又用小鼠和鴿子做了同樣的實驗，但是并沒有動物死亡。另一方面，即使是用大鼠來做實驗，如果我們用不那么激烈的“喚醒方法”來剝奪它們的睡眠，它們似乎也不會死亡。所以有一些研究人員認為，在雷克查芬的實驗中，大鼠的死亡應該主要是由“水上圓盤”引起的高度精神壓力而導致的。 當然，我們還沒有在人類群體中重復過此類實驗，但迄今為止，還沒有因為“缺乏睡眠”而致死的案例（不過，為了得到確鑿無疑的結論，我們還得查閱一下出于軍事目的的睡眠剝奪實驗和此類酷刑所產生的機密數據……）。請注意，如果你正想嘗試進行睡眠剝奪實驗，很遺憾地告訴你，出于安全考慮，《吉尼斯世界紀錄大全》將拒絕收錄這些紀錄。 長途飛行，從不休息 除了這些奇怪的“實驗”得出的結論參差不齊之外，我們還不得不提到，動物界有很多物種有時會主動剝奪自己的睡眠，一些遷徙的鳥類就是這種情況，比如高山雨燕（圖 2.2）。根據一項研究報告，它們可以連續飛行 200 天以上而不需要著陸休息！ 在哺乳動物群體中，如果用游戲讓海豚保持興奮狀態，那么它們有可能會連續好幾天不睡覺。更神奇的是，在海豚寶寶出生后，海豚媽媽和寶寶會有 6 個星期的時間幾乎從不睡覺！出乎意料的是，這些自發性的睡眠剝奪和我們熬了一整夜之后需要“補覺”的情況不同，這些動物似乎并不會產生什么特別的后果。需要指出的是，人們發現，在某些情況下，鯨類或鳥類似乎能夠讓它們大腦兩個半球中的一個進入睡眠狀態，而這可以讓它們既保持肌肉的活躍狀態，同時又能進行某種特殊形式的睡眠。 節約能量 **種假說：我們睡覺僅僅是為了“節約能量”。從表面上看，我們在睡眠中所消耗的能量確實較少，但這種解釋并不完全令人滿意。如果僅僅是為了節約能量，那么平靜的清醒狀態同樣可以起到這種作用，同時還能讓我們對潛在的危險保持警覺。 為了更好地理解我們為什么總是忍不住要去“會周公”，有一個重要的線索：不同的物種所需要的睡眠時間是不同的。確實，大象每天只需要小睡 2 ～ 3 個小時，而有些蝙蝠每天要花 20 個小時來睡覺！這種巨大的差異似乎與動物在生物進化樹上的位置無關，而與動物的體重（此處指身體質量）和飲食有關。圖 2.3 顯示了不同的食草動物的體重和睡眠時間之間的相關性：顯然，體重越大的動物，睡眠時間要比體重較小的動物少得多！ 除了體重之外，飲食也很重要：在大小相似的同類動物中，食肉動物需要的睡眠比食草動物需要的睡眠多得多：比如，貓頭鷹每天要睡 14 個小時，而灰雁則只需要睡 6 個小時。 這些觀察結果表明，睡眠的作用并不是為了“節約能量”，而是與新陳代謝的效率有著一定的關系。 睡眠：比抗氧化食物更管用 *受歡迎的解釋之一，是睡眠能夠保護大腦免受所謂的“氧化應激”。當我們的身體通過消耗營養物質而產生能量時，某些化學反應會產生自由基。這些自由基是含有氧原子的分子，它們很容易與周圍的環境發生化學反應。我們知道，這些自由基會對我們的細胞和 DNA 造成損害，這正是導致我們衰老的主要原因（見第 13 章）。 幸運的是，我們的身體知道如何通過利用特定的酶和通過從飲食中獲取某些抗氧化分子來對抗“氧化應激”，這就是著名的“抗氧化劑”。在這場“戰斗”中，睡眠和由醫生主導的“人工昏迷”的效果是一樣的，都是為了給患者的身體提供喘息的機會，以從創傷中恢復過來。通過減少大腦的活動，睡眠可以減少自由基對大腦的攻擊，從而讓大腦實現自我修復。 為了支持這一假說，*近有研究表明，在大鼠實驗中，睡眠剝奪正是通過“氧化應激”機制導致了腦細胞損傷的增加。 那為什么會做夢呢？ 到目前為止，我們已經籠統地談論了睡眠，但并沒有詳細討論“睡眠”這件事所對應的若干種狀態。我們知道，就人類的情況而言，一次夜間的睡眠可以被分解為一系列各持續約 1.5 小時的周期，在同一周期之內我們會經歷不同的階段。階段通常有 4 個：輕度睡眠期、中度睡眠期、深度睡眠期和快速動眼期。一個睡眠周期或多或少都會遵循這個順序，有的時候在兩個周期之間人會短暫地醒來（見圖 2.5）。 從入睡到醒來，夜間睡眠周期的組成也會發生變化。在夜里剛入睡的時候，深度睡眠持續的時間比較長，而到了快睡醒的時候，深度睡眠持續的時間就很短了；而快速動眼期的情況則正好相反。由于深度睡眠對于身體而言是*具有恢復性的，這大概就是為什么外婆總跟你說“午夜前的睡眠事半功倍”。 快速動眼期階段的睡眠是*耐人尋味的：它是夢發生的階段。實際上，這一階段之所以被稱為“快速動眼期”，是因為在這一階段，大腦非常活躍，消耗氧氣的速度與清醒狀態相當，甚至可能高于清醒狀態。 我們有時會聽說，剝奪人的快速動眼期睡眠會導致人出現神經錯亂，但這只不過是個都市傳說。相關主題的實驗已經證明，即使在沒有快速動眼期睡眠的情況下，動物也是可以生存的。有些動物，比如爬行動物，完全沒有快速動眼期這個階段。當然了，快速動眼期睡眠本身也一定起著某種必不可少的重要作用，否則新生兒為什么每天要花多達 9 個小時的時間來做夢呢！ “模擬人生” 目前有好幾種有趣的理論來解釋快速動眼期睡眠。一種理論認為，在此階段大腦不再釋放某些神經遞質，這既可以解釋夢境不受約束的本質，也意味著大腦中的神經活動可以得到一定的“休息”。法國神經生物學家米歇爾·朱維（Michel Jouvet）—正是他在 1961 年首次將睡眠分為不同的階段，則提出了另一種更大膽的理論。朱維的理論基于一個驚人的觀察：在動物界中，快速動眼期的睡眠量似乎與新生寶寶出生時的成熟度有關。比如海豚寶寶，生下來就在水中徜徉，完全沒有快速動眼期！與之相反，鴨嘴獸寶寶剛生下來的時候，既看不到東西又非常脆弱，每天差不多要花 8 個小時的時間來做夢！ 于是，一種可能的解釋出現了：夢境通過向我們展示對現實的模擬，起到加速我們大腦成熟的作用。在夢中，我們的大腦就像在現實經驗中一樣運作和成長。因此，夢境之于現實生活，就好比模擬飛行器之于駕駛飛機—只不過，這是一種更頻繁且沒有危險的訓練方式。 其他相關理論表明，快速動眼期睡眠，甚至一般意義上的睡眠，對于鞏固記憶和重組大腦信息都是至關重要的。今天，我們依然很難回答“人為什么要睡覺”這個問題，特別是，我們難以解釋為什么睡眠或許是由于某種特定原因造成的，但卻*終承擔了各種重要的功能。更不用說對普通人進行相關對照實驗的困難程度了！親愛的讀者，你們中是否有這樣的志愿者，愿意將自己的身體（和夜晚）奉獻給科學事業呢？
全世界科學家想破腦袋也想不明白的科學謎題 作者簡介
阿普爾（David Louapre），基礎物理學博士，研究方 向為“無限大與無限小的統一”。致力于在互聯網上推廣應用物理， 主持訂閱量過百萬的網絡播客“神奇科學”。另著有《誰捉住了上帝 粒子？》。 譯者簡介 孫佳雯，英法雙語譯者、自由撰稿人，擅長翻譯科普類、社科類 作品。擁有理學學士、社會學碩士學位。法國巴黎社會科學高等研究院博士候選人，旅居法國多年。愿以翻譯為橋梁，溝通古今上下東西文化，跨越知識與日常之鴻溝，讓科學變得親切，讓眼界更加寬廣，讓心靈獲得自由。
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