节目策划书:NewScientist：没道理的13件事

很好的科普介绍，怎么才发现。三思大概还是个不错的地方，那里是些真正爱好科学的人们。最早揭露方舟子剽窃颖河，也是发表在那里。
狗了一下，原文在这里：http://space.newscientist.com/article.ns?id=mg18524911.600

没道理的13件事
Michael Brooks
李茂全译自《新科学家》
第2491期，2005年3月19日，第30页
1、安慰剂效应
别在家里作这个实验。连续几天，每天几次为一个人施加疼痛，并且用吗啡抑制疼痛，直到最后一天再用盐水代替吗啡。猜猜会怎样？盐水具有同样的镇痛效果。
这就是安慰剂效应：由于某种原因，有时毫不相关的东西会很有强大的功效。除非它并非毫不相干。当意大利都灵大学的Fabrizio Benedetti在进行上述实验时，他在盐水里添加了纳洛酮（naloxone），这是一种能够阻断吗啡的功效的药物。出现了惊人的结果，盐水的镇痛效果消失了。
这是怎么回事呢？医生们几十年就已经知道安慰剂效应了。纳洛酮的效果看来说明了安慰剂效应是有着生物化学基础的。但是除此之外，我们还一无所知。
Benedetti后来发现盐水安慰剂还能减轻帕金森氏症病人的震颤和肌肉僵直症状(Nature Neuroscience, vol 7, p 587）。他和他的研究小组在为病人注射盐水后测量了病人大脑神经元的活动情况。他们发现丘脑底核（一个缓解帕金森氏症状的外科手术常用靶点）的个别神经元在注射盐水后放电次数减少，与帕金森氏症有关的另一个特征“爆发放电”(burst)也更少。在神经活动减少的同时，病症缓解了：盐水的确起了某些作用。
Benedetti认为，到底发生了哪些事情，我们还有很多东西要研究，但是有一点很清楚：精神可以影响身体的生物化学过程。他说：“对治疗的预期和治疗的结果之间的关系是理解精神－生理交互作用的奇妙的模型。”研究人员现在需要弄清楚安慰剂起作用的时间和场所。可能有些疾病安慰剂不起作用。在不同的疾病里面安慰剂可能有共同的机制。这些我们都还不知道。
2、视界问题
我们的宇宙看起来无比的一致。从可见宇宙的一端到另一端，你会发现充斥宇宙的微波背景辐射在每一处都是同样的温度。这看起来并不令人惊奇，但当你知道这两端的距离接近280亿光年而我们的宇宙的年龄只有140亿时，你一定会感到惊奇。

微波背景辐射
没有什么会比光跑的更快，所以热辐射不可能从一端达到另一端从而抹平大爆炸以来宇宙各处的热区和冷区，导致我们现在看到的热平衡。
“视界问题”令宇宙学家们很头痛，所以他们提出了一些非常疯狂的解释，比如“暴涨”理论。
你可以通过宇宙在某个时间扩张的非常快来解释视界问题，在大爆炸发生后的10-33秒的时间里，宇宙膨胀了1050倍。这只是个狂想吗？剑桥大学的天文学家Martin Rees说：“如果暴涨发生过，它的确是一个完美的解释。”问题在于没人知道什么导致了暴涨。
所以，实际上暴涨理论解决了一个谜又引出了另外一个谜。光速的变化同样可以解决视界问题，但是它也对“为什么”的疑问无能为力。在科学界，背景辐射一致的温度仍然被认为是不寻常的。
3、超高能量宇宙射线
10多年来，日本物理学家观测到了一些本不应该存在的宇宙射线。宇宙射线是一些以接近光速飞越宇宙的粒子，大部分是质子，少数是重原子核。一些地球上探测到的宇宙射线来自宇宙中的剧烈事件如超新星爆发，但是我们仍然不知道最高能量粒子的来源，它们是自然界中看到的最高能量的粒子。但是这还不是真正的谜。
因为宇宙射线粒子飞越太空，它们在和充斥宇宙的低能光子（比如宇宙微波背景辐射）碰撞时损失能量。爱因斯坦的狭义相对论预言任何来自银河系外的宇宙射线抵达地球时，由于遭遇太多的损失能量的碰撞，它们最大可能的能量只有5×1019电子伏特，这被称做Greisen-Zatsepin-Kuzmin限制。

明野(Akeno)巨型空气簇射阵列
然而在过去的10年中，包括了分布在100平方公里范围内的111个粒子探测器的日本东京大学明野巨型空气簇射阵列(Akeno Giant Air Shower Array)，检测到了几次突破GZK限制的宇宙射线。从理论上来说，它们只能来自银河系内部，从而能够避免损失能量的穿越宇宙的旅行。但是天文学家们却无法在银河系内找到它们的源头。怎么回事呢？
可能是来自明野观测装置的结果错了，否则就是爱因斯坦错了。他的狭义相对论认为宇宙在各个方向都是一样的，但是为什么粒子会在某个方向上更容易移动从而使宇宙射线可以保留更多的能量突破GZK限制呢？
阿根廷蒙多萨的皮尔·奥格实验室的物理学家们正在试图解决这个问题，他们在3000平方公里的范围内布置了1600个探测器。奥格实验室应当能够确定入射宇宙射线的能量，印证明野观测装置的结论。
英国利兹大学的天文学家和皮尔·奥格项目发言人Alan Watson确信这是值得深入研究的，他说：“毫无疑问，目前已经掌握了足够的证据，1020电子伏特以上的射线的确存在。”问题在于，它们到底是什么？有多少此类粒子光临了地球？它们从哪个方向来的？在弄清楚这些情况以前，无法知道真正的原因是什么。
4、对顺势疗法的研究结果
贝尔法斯特女王大学的药理学家Madeleine Ennis是顺势疗法的激烈反对者。顺势疗法认为，将一种化学药物用水进行稀释，直到任意一份水样中除了水分子外没有任何其它分子时，这种水仍然有治疗效果，她认为这是根本不可能的。她设计实验准备彻底证明顺势疗法不过是胡说八道。

顺势疗法的要点在于不断地稀释
在她最近的文章中，Ennis描述了她的研究小组是怎样观察超淡组胺溶液对引起炎症的人类白细胞发生作用的。这些嗜碱性细胞在细胞受到攻击时释放组胺，组胺反过来会阻止它们继续释放。在四个不同的实验室进行的重复实验发现，顺势疗法溶液尽管被稀释到了可能连一个组胺分子都不存在，却仍然能起到和组胺相同的作用。Ennis不喜欢顺势疗法的解释，但是她承认这个效果不能忽略。
这是怎么回事呢？顺势疗法医生常把木炭、颠茄或者蜘蛛毒液溶解在酒精里，然后反复用水稀释这种“母液”。 顺势疗法理论认为，无论被稀释得多么淡，最初的药物仍然会在水分子上留下自己的某种信息。所以无论多么稀，它仍然具有药物的特性。
可以理解为什么Ennis仍然是怀疑论者，因为顺势疗法从来没有在大型随机对照控制临床实验中显示出疗效。但是有文章(Inflammation Research, vol 53, p 181)认为一定是什么东西在起作用。Ennis在她的论文中说：“我们无法解释我们的发现，所以报告出来希望其他人员研究这个现象。如果结果证明是正确的，意义会很深远：我们可能不得不重写物理学和化学了。”
5、暗物质
把我们对万有引力的最好理解，应用到银河系的自转上，你很快就会发现问题：银河系将会瓦解。银河系物质能够围绕中心点旋转，是因为它们相互之间的引力提供了向心力。但是银河系没有足够的质量提供这么大的向心力。
华盛顿特区卡耐基研究所地磁学部的天文学家Vera Rubin在20世纪70年代后期发现了这个反常的现象。物理学家们最好的解释是实际存在的物质比我们能看到的多。问题在于没人能解释“暗物质”到底是什么。

引力透镜效应证实暗物质的存在
尽管科学家们有很多关于可能是哪些粒子组成暗物质的假说，但是对此仍然没有一致意见。天文观测指出宇宙中90%以上的质量必需由暗物质组成。然而我们仍然对这么多东西是什么一无所知。
可能我们无法得知暗物质是什么因为它根本不存在，这就是Rubin试图证明的。她说：“如果我能选择，我宁愿希望发现牛顿定律在描述远距离的引力作用上必需修改，这比宇宙充满了一种新的亚原子粒子的想法更有吸引力。”
6、“海盗”号发现了甲烷吗
1976年7月20日，Gilbert Levin正在焦急地等待着，数百万公里外的火星上，“海盗”号探测器铲起了一些土壤，并且和用碳14标记的营养物质混合。这次任务的科学家们一致认为如果利文在探测器上安装的仪器探测到土壤中产生了带有碳14原子的甲烷的话，就可以肯定火星上有生命存在。

海盗号眼里的火星
“海盗”号报告了肯定的结果。有某种物质正在吸收和转化营养物质后放出了含有碳14的气体。
但是，为什么没有庆祝这个发现呢？
因为另外一个设计用来识别有机分子的仪器一无所获，而有机分子被认为是生命必不可少的特征。几乎所有这次任务的科学家的都对此采取了谨慎的态度，宣布“海盗”号的发现是错误的。但是事实真的如此吗？
争论一直很激烈。但是NASA最近发射的火星探路者探测器的数据显示火星的表面在过去几乎肯定是潮湿的，所以是适宜生命存在的。有很多证据证明这一点。Levin说：“每次火星探测都得到支持我的结论的证据，从没有过与之相反的证据。”
Levin坚持他的观点，他也不再孤单。洛杉矶南加州大学的细胞生物学家Joe Miller重新分析了这些数据，他认为辐射中显示出生理循环的特征，这是生命的有力证据。
Levin正在努力游说欧洲航天局和美国航空航天局飞行一次他设计的寻找火星上的“手性”分子的探测计划。“手性”分子分为左手性和右手性两种：它们互为镜像。生命过程倾向于产生单一手性的分子，而非生命过程产生的左手性和右手性分子数量相等。如果将来的火星探测发现火星上的“新陈代谢”过程倾向于产生单一手性的分子，这将是火星上存在生命的最有力的证据。
7、四中子
四年前，法国的一个粒子加速器上检测到了六个本不可能存在的粒子。它们被称为“四中子”：四个中子以一种违抗物理原理的方式结合在一起。
Francisco Miguel Marquès和他的同事们准备在设在Caen的Ganil加速器上重复这次实验。如果他们成功了，这些核团簇将迫使我们重新思考把核子结合到一起的力量。
这个小组把铍原子射向一个小型碳靶，然后分析射入周围的粒子探测器的碎片。它们期望看到四个独立的中子击中探测器。然而Ganil小组只在一个探测器上发现了闪光。闪光的能量表明四个中子同时到达了探测器。当然，它们的发现可能是个巧合：四个中子碰巧同时到达了同一个地方。但是这是根本不可能的。
有人认为，四中子是根本不可能的，因为根据标准粒子物理模型四中子是不可能存在的。根据保利不相容原理，即使是两个质子或中子都无法在同一系统中拥有相同量子属性。实际上，强大的核力也无法将两个中子结合在一起，更不用说四个了。Marquès和他的的小组对他们的结果很困惑，他们在关于未来发现四中子的可能性的研究论文中隐藏了有关数据(Physical Review C, vol 65, p 44006).。
还有很多更为有力的证据质疑四中子的存在，如果你修改物理法则允许四个中子结合在一起的话，各种混乱都会随之发生(Journal of Physics G, vol 29, L9)。这就意味着大爆炸以来形成的各种元素将不会是我们现在看到的那样，更糟糕的是，这些形成的元素会迅速变得太重以至于宇宙无法承受。英国 Guildford的萨里大学的理论家Natalia Timofeyuk认为，可能在宇宙膨胀之前就塌缩了。

中子星
然而，这个推断中存在两个漏洞。现有的理论其实允许四中子存在，虽然只是一种非常短命的粒子。Timofeyuk认为这可能就是四个中子同时击中探测器的一个原因。另外，另一个支持多中子组成物质的证据是中子星。中子星就包含了巨量的结合在一起的中子，这说明存在也支持了多中子物质的理论，这些星体包含大量结合在一起的中子，说明宇宙中存在一种目前未知的力量在中子结合在一起时发生作用。
8、先驱者号的异常
这是两艘飞船的故事。先驱者10号于1972年发生升空，先驱者11号发射于1年后。现在它们都已经飞到了无人观测到的深空。然而它们的运行轨道却出现了让人无法忽视的偏离。
显然有什么东西在拉或者推它们，使它们的速度加快。尽管加速度很小，还不到1nm/s2(一个纳米每平方秒)，只相当于地球表面重力加速度的100亿分之一，但是这足以使先驱者10号偏离轨道40万公里。NASA在1995年失去了和先驱者11号的联系，但是在那时它已经发生了和它的姐妹探测器同样的轨道偏离。是什么导致的呢?
没有人知道为什么。一些可能的解释早就被排除了，其中包括软件错误，太阳风或者燃料泄漏。如果是某种引力作用引起的，它决不会是我们非常了解的那种引力。实际上，物理学家们对此束手无策，有些人甚至把这它和其他一些不明现象联系在一起。

深空中的先驱者，艺术想象图
英国朴次茅斯大学的Bruce Bassett提出发生在先驱者号上的谜可能和α（精细结构常数，参见变化的物理常数）的变化有关。其他一些人把它和暗物质联系起来，但是既然我们还不知道暗物质到底是什么，这种联系就没有什么帮助。洛斯阿拉莫斯国家实验室的Michael Martin Nieto说：“这太有趣了，我们只能提出一些无法证实的解释。”
Nieto正在重新分析飞船的早期轨道，从中可能找到新的线索。但是为了查清真相，科学家们实际上需要一个设计用来探测外太阳系不寻常的引力作用的探测计划。这个探测器可能耗资3到5亿美元，可能搭载在将来的某个外太阳系探测任务中(http://www.arxiv.org/gr-qc/0411077）。
Nieto说：“最后肯定会有解释。当然我希望这归因于不管多么惊人新的物理规律。但是一旦一个物理学家寄只希望于未来他就会碰壁。”Nieto认为未来对先驱者号的异常的解释很可能是某种普通的原因，比如飞船上未被注意的热源等，虽然他对这种可能性有点失望。
9、暗能量
这是物理学中最著名的最令人困惑的问题之一。1998年，天文学家们发现宇宙膨胀的速度正在增加中。原因仍然不知道。在那以前，每个人都以为大爆炸以来宇宙膨胀的速度正在逐渐减慢。位于Ann Arbor的密歇根大学的宇宙学家Katherine Freese说：“理论家们仍在困难中挣扎，寻找可行的解释。希望未来对超新星和星系群的观测能给我们带来更多的线索。”

暗能量占宇宙的绝大部分质量
一种解释是真空的某种属性在起作用——宇宙学家们称之为暗能量，但是所有试图寻找暗能量的努力都失败了。也有可能爱因斯坦的广义相对论在应用于非常大尺度的宇宙时需要修改。Freese说：“这个领域的研究空间仍然很广阔。”
10、柯伊伯悬崖
如果你来到冥王星轨道外荒凉的太阳系外层边界，你会看到一些奇怪的现象。在穿过布满冰冷的岩石的柯伊伯带后，突然什么都没有了。
天文学家们称这个边界为柯伊伯悬崖。因为空间中岩石的密度突然下降了，什么导致的呢？唯一的答案看来就是第十行星。我们不是在谈论夸瓦尔（Quaoar）或者赛德娜（Sedna）这样的小行星，而是一个和地球或者火星差不多大的大家伙，是它清扫了柯伊伯带外的碎片。

柯伊伯带在冥王星轨道之外
位于科罗拉多Boulder的西南研究中心的天文学家Alan Stern认为存在“X行星”的证据是显而易见的。尽管计算表明这样的行星可以导致柯伊伯悬崖（Icarus，第160卷32页），但是从没有人看到过这个预言中的第十行星。
有一个很好解释的原因，那就是柯伊伯带离我们太远了所以很难看得清楚。在我们谈论这个区域之前最好过去看一看，但是10年内我们还不可能做到这一点。 NASA的新探测器计划在2006年1月发射到冥王星和柯伊伯带，要到2015年才能到达冥王星。如果你希望柯伊伯悬崖的解释，到那时就可以看一看了。
11、 来自外太空的神秘信号(Wow! Signal)
这个来自外太空的无线电信号长达37秒。1977年8月15日，它使俄亥俄州立大学的天文学家Jerry Ehman在Delaware的俄亥俄州立射电望远镜“大耳朵”(Big Ear)观测结果打印件上，潦草地写下了“喔！”的惊叫。28年后仍然没人知道这个信号来自何方。Ehman说：“我还在等待合理的解释。”

Wow! 点击图片放大
这个信号来自人马座方向，电波的频率处于1420兆赫左右很窄的范围内。这个频率在国际公约禁止使用的频段内。自然来源的辐射比如行星的热辐射一般都覆盖了很宽的频率范围。这个信号的来源是什么？
这个方向最近的恒星也远在220光年之外。如果信号来自这里，来源将是一个非常强烈的太空事件或者是先进的外星文明使用功率大的惊人的发射机。
随后几百次对这块天区的扫描再没有发现类似的信号，但是这并不说明外星人不存在。要知道望远镜天线一次只能覆盖百万分之一的天空，碰巧这个区域有信号的可能性非常小。
有些人认为一定有平淡无奇的解释。SETI@home项目的首席科学家Dan Wertheimer认为这几乎肯定是个污染信号，来自于地球上的发射机的频率冲突。他说：“我们收到过很多类似的信号，这些信号总是被证明是污染。”然而争论还在继续。
12、不那么恒定的常数
1997年，悉尼新南威尔士大学的天文学家John Webb和他的小组分析从遥远的类型体发出到地球的光时发现，在120亿年的旅途中，光线经过了含有铁、镍和铬等原子的星际云时，这些原子吸收了类星体光线中的一些光子，但却不是我们预期的那些光子。
如果观测是正确的，那么唯一可能合理的解释就是，被称为精细结构常数或者α的物理常数在光经过星际云的时候和现在不一样。
这几乎是异端邪说。α是一个确定光怎样和物质相互作用的非常重要的常数，它应当是不变的。它的值依赖于电子电量、光速和普朗克常数。这些中的一个变化了吗？

精细结构常数可能并不恒定
物理学界没人希望相信这个测量结果。Webb和他的小组用了好几年时间试图发现他们的结论中是否有错误。但是他们失败了。
Webb的结论并不是唯一认为我们对α的理解有所不足的。最近对唯一已知天然核反应堆的研究也认为光和物质相互作用发生了变化。这个天然核反应堆在20亿年前活动，它位于现在的加蓬奥克劳(Oklo)地区。
这个反应堆中产生的特定放射性同位素丰度的比例取决于α，所以检查奥克劳地区裂变产物提供了一个发现在它们形成时期这个常数的数值的方法。新墨西哥洛斯阿拉莫斯国家实验室的Steve Lamoreaux和他的同事们发现α可能在奥克劳反应堆启动以来减少了超过百分之四(Physical Review D, vol 69, p 121701)。
有些怀疑者仍然争论α是否有变化。巴黎天体物理学研究所的天文学家Patrick Petitjean的小组分析了智利超大望远镜（VLT）接受到的类星体光后没有发现任何α发生变化的证据。Webb正在了解VLT观测结果，但是 Webb说这需要比Petitjean小组所用的更复杂的分析方法才行。Webb小组现在正在为此工作，可能今年底能够给出明确的结论。
作为小组成员的剑桥大学的Michael Murphy说：“很难说还要花多长时间，看到的新数据越多，我们发现的困难也越多。”但是不管怎样，工作仍将很有价值。对通过遥远的分子云的光的分析有助于了解宇宙早期的元素是怎样产生的。
13、冷核聚变
十六年后，冷核聚变的热潮又回来了。实际上，人们对冷核聚变的热情从来都没有消退过。由于相信只可能恒星内部发生的反应居然能在室温下进行，1989 年后的十年里，美国海军实验室进行了超过200次实验，研究核反应产生的能量是否多于消耗的能量。无数研究人员自那时起都成了冷核聚变的信徒。
有了受控冷核聚变，很多世界上的能源问题就会迎刃而解，毫无疑问美国能源部对此很感兴趣。12月份，在冗长的回顾各种证据后，能源部宣布开始征集新的冷核聚变实验方案。
这是一个大转折。15年前，能源部在关于课题的第一个报告中指出最初的冷核聚变实验结果无法重复，所以很可能是失败的。该实验由犹他州大学的Martin Fleischmann和Stanley Pons设计，公布在1989年的一次新闻发布会上。

烧杯里的核聚变？Martin Fleischmann和Stanley Pons
冷核聚变的基本方法是把钯电极浸泡在重水中（重水分子由氧和氢的同位素氘结合产生）时会释放大量的能量。据信在钯电极之间施加电压可以允许氘核进入钯的晶格，使它们能克服电磁斥力互相融合并且释放巨量的能量。问题是所有被广为接受的科学理论都认为室温冷聚变是不可能的。
David Nagel认为，既然超导现象用了40年才被解释清楚，那就没有什么理由简单的放弃冷核聚变实验。David Nagel是华盛顿特区的乔治华盛顿大学的一名工程师，他说：“实验最有说服力，你不能拒绝事实。”