對於科學界來説，此前數個世紀可謂好時候。各種發現、發明層出不窮，不斷增加和刷新人們對於自身和世界乃至宇宙的認識。

　　17世紀（1687年）英國著名科學家艾薩克·牛頓爵士在《自然哲學的數學原理》一書中，用牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律和牛頓第三運動定律終結了自古人們對於力和運動本質的爭論。

　　18世紀，美國發明家本傑明·富蘭克林做出了很多與電有關的發明和發現：他發現電荷分為“正”和“負”，而且兩者的數量是守恒的；他也發明瞭避雷針；為表揚富蘭克林對電的研究，英國皇家學會于1753年選他為院士。

　　19世紀的科學界也是驚喜不斷。1859年，英國生物學家、進化論的奠基人查爾斯·羅伯特-達爾文出版了《物種起源》，提出了生物進化論學説，從而摧毀了唯心的“神造論”和“物種不變論”，恩格斯將其列為19世紀自然科學的三大發現之一（其他兩個是細胞學説和能量守恒轉化定律）。

　　另外，1864年，英國物理與數學家詹姆斯·克拉克-麥克斯韋在《電磁場的動力學理論（Dynamical Theory of The Electric Field）》一書中，提出了描述電磁場的麥克斯韋方程，用四個偏微分方程概括了一切電磁現象，並因此斷言光是一種電磁波，這個發現是愛因斯坦思考狹義相對論的重要背景。23年後，赫茲在實驗室中證實了麥克斯韋的預測，製造出了無線電波，開啟了20世紀這個無線電時代。

　　1869年，俄國化學家德米特裏·門捷列夫發現了化學元素的週期性，而且，他還依照原子量，製作出了世界上第一張元素週期表，並據以預見了一些尚未發現的元素。實踐最終證實了門捷列夫的論斷，也證明了週期律的正確性。

　　20世紀的人們有幸與阿爾伯特·愛因斯坦身處同一個世紀。愛因斯坦的主要貢獻在於，他提出了光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。同年，他創立了狹義相對論；並於1915年創立廣義相對論。

　　值得在科學史上大書特書的還包括：1953年，美國生物學家詹姆斯·沃森和英國生物學家弗朗西斯·克裏克建立了DNA的雙螺旋模型，打開了探索生命之謎的大門，此後，遺傳學的歷史和生物學的歷史都從細胞階段進入了分子階段。

　　儘管過去幾百年中科學的發展很迅速，但時至今日，還有許多未解之謎，本世紀我們只有86年的時間去解開它們。

　　①量子糾纏的意義

　　所有關於量子的謎團都沒有獲得令人滿意的解答，不過，如果量子糾纏問題得到徹底解決，那麼其他問題或許都會迎刃而解。

　　1982年，法國物理學家艾倫·愛斯派克特和他的小組成功地完成了一項實驗，證實了微觀粒子之間存在著一種叫做“量子糾纏”的關係，即兩個或兩個以上粒子組成的系統中，這些粒子會相互影響，且這種影響不受距離的限制，即使它們分隔在直徑達10萬光年的銀河系兩端，一個粒子的變化仍會瞬間影響另一個粒子。

　　量子糾纏已經被世界上許多試驗室證實，它表明，時間和空間不會像限制人類活動那樣限制量子現象。與量子糾纏有關的最新謎團包括黑洞。黑洞似乎可以出現糾纏，這顯然跟它們通過蟲洞相連差不多。相關研究表明，空間、時間和引力都是一個巨大的量子糾纏網路的組成部分。

　　許多科學家認為，量子糾纏的實驗證實是近幾十年來科學最重要的發現之一，雖然目前人們對其確切的含義還不太清楚，但它對哲學界、科學界和宗教界已經産生了深遠的影響，對西方科學的主流世界觀産生了重大的衝擊。

　　②其他地方有智慧生命嗎？

　　是否存在外星生物？這是人類亙古以來持續不變的疑問。在我們生活的地球上，各種生物遍佈每一個角落和縫隙，同人類一樣經歷著生老病死。那麼，在宇宙的某個地方甚至某些地方，是否也存在著像地球一樣豐富多彩的大自然和千奇百怪的生物？這是最古老也是最激發人們好奇心的問題。

　　由於宇宙浩渺無窮，並且擁有難以計數的各種星球，對於這個疑問似乎最合理的回答就是：存在外星生命。美國加利福尼亞州搜尋外星文明研究所（SETI）的吉爾·塔特説：“既然我們來自於宇宙中的星塵，我們的存在本身就預示著可能會有和我們一樣的生物存在。”

　　英國著名物理學家史蒂芬·霍金也曾表示，外星生命存在於宇宙的許多地方，可能活在行星或恒星上，甚至漂浮在行星間的廣闊宇宙中。霍金説，存在外星生命的依據很簡單，宇宙有1000億個銀河系，每個都包含了上億個行星，在如此龐大的空間裏，地球不可能是唯一演化出生命的行星。

　　科學家一直認為，沒有液態水，生命將無法産生，但外星生命有可能借助其他液體作為生化反應所需的溶劑，如土衛六表面就存在著大量液態碳氫化合物等物質；另外，地球上的生物幾乎都利用常見的20種氨基酸構建蛋白質，但化學家們能合成許多非天然氨基酸，因此外星生命或許能利用不尋常的氨基酸組建生命的基本構成。

　　科學家們很早就指出，木衛二最有可能存在生命，和電影《阿凡達》中的潘多拉星一樣，木衛二是一顆巨大氣體行星的第二顆衛星，因其表面完全被水冰覆蓋，冰層和硅酸鹽地幔之間可能存在深度超過100千米的巨大液態水層，而木星潮汐力的回熱會使海水保持一定的溫度，保障生命能長期生存。

　　土衛六的環境則比較接近於地球，其濃密的大氣主要由氮氣和碳氫化合物組成，應該能很好地保護地表免受輻射和隕石的衝擊。2009年7月，“卡西尼”號土星探測器拍攝到了土衛六表面液體反射的陽光，該發現意味著其北半球可能遍佈湖泊，這些能否為生命提供棲息地還有待研究。

　　不過，要找到外星生命肯定需要接收到確切的消息，SETI等科研機構就在尋找此類資訊，但迄今還未成功。至少有兩種可能的解釋：第一，根本沒有這樣的資訊，或許外星人都是博弈論領域的專家，通過計算得知同人類接觸並非好事；第二，有資訊，但沒有人知道怎麼探測或者破譯。

　　當然，也有科學家表示，既然我們沒有獲得外星人發過來的資訊，也許我們應該向它們發送消息。據英國《每日電訊報》近日報道，SETI的科學家正在制定計劃，準備向距離地球20光年半徑內的宇宙空間發射信號。如果該計劃獲得批准，距地球20光年以內的星系將收到這些資訊。

　　1974年，科學家通過位於波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡向距離地球2.1萬光年的M13球狀星團發射了一條由一個簡單圖像構成的無線電信號，此後我們再沒有進行如此大規模的信號廣播了。

　　不過，也有不少人對這些做法持反對意見，他們擔心引狼入室。在2010年播出的一部紀錄片中，霍金説：“如果外星人造訪地球，結果很可能就像哥倫布登陸美洲一樣，對美洲土著人來説並非好事。”

　　③量子引力——存在萬物之理嗎？

　　量子物理學和廣義相對論似乎都以相同的精確度準確描述了宇宙及其組成，但關鍵的問題是，量子力學和廣義相對論從根本上來説並不相容。一般而言，我們用相對論來描述非常大的物體，比如星星、星系乃至整個宇宙等；而用量子理論來闡述非常小尺度的物體，比如分子、原子、亞原子粒子等，這都沒有問題。但為了完全而徹底地理解整個宇宙，我們必須知道微小的新生宇宙為何會變得如此龐大，就需要兩個理論一起工作才行，但這像在美國國會達成妥協那麼難。

　　愛因斯坦終身反對量子論，他提出了一個又一個的思想實驗，企圖證明量子論的不完備性和荒謬性，玻爾則一次又一次地提出了反擊，直到他們逝世，這場論戰仍在物理學界繼續進行。

　　廣義相對論和量子理論最為人津津樂道的一個交鋒出現在1930年秋。那年，第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開。早有準備的愛因斯坦在會上向玻爾拋出了他著名的思想實驗——“光子盒”，試圖駁倒量子力學（矛頭主要指向海森堡不確定性原理）。實驗的裝置是一個一側有一個小洞的盒子，洞口有一塊擋板，裏面放了一隻能控制擋板開關的機械鐘。小盒子裏裝有一定數量的輻射物質。這只時鐘能在某一時刻將小洞打開，放出一個光子來。這樣，光子跑出的時間就可精確地測量出來了。同時，小盒懸挂在彈簧秤上，小盒所減少的品質，也即光子的品質便可測得，然後利用質能關係E=mc2便可得到能量的損失。這樣，時間和能量都同時測準了，由此可以説明測不準關係是不成立的（根據海森堡原理，品質和能量是不能同時測量的），玻爾一派的觀點是不對的。

　　但玻爾用愛因斯坦自己的廣義相對論理論，戲劇性地指出了愛因斯坦這一思想實驗的缺陷。玻爾説，光子跑出後，挂在彈簧秤上的小盒品質變輕，會上移，根據廣義相對論，如果時鐘沿重力方向發生位移，它的快慢會發生變化，那麼，機械鐘讀出的時間會因為這個光子的逃逸而改變。換言之，用這種裝置，如果要測定光子的能量，就不能夠精確測出光子逸出的時刻。

　　既然量子力學和相對論之間彼此不能互相否定，那麼，找一個能將兩者統一的“萬物之理”就提上了科學家們的日程。為此，他們提出了備選理論。其中之一就是弦理論（String Theory）。弦理論也對粒子進行了很多可靠的描述，其中包括科學家們一直在努力追尋的引力子——一種攜帶引力的量子粒子，因此，弦理論只需幾步就能在量子理論的基礎上，將自然界中的四種作用力統一起來。但與其他萬物之理備選架構一樣，弦理論也存在著巨大的缺陷。美國亞利桑那州立大學的保羅·戴維斯表示：“弦理論確實預測了新事物，但在可見的未來，我們幾乎無法證實或證偽。”

　　④時間的本質究竟是什麼？

　　有這麼多謎團存在，解決它們的時間又很緊迫，除非我們了解時間的本質，我們才能牽一髮而動全身，解決其他很多謎團，因為很多子謎團都附著在時間之上。

　　時間持續和流逝的本質是什麼？是海市蜃樓般的虛幻還是以某種難以捉摸的方式“真實”存在？時間的方向是什麼？時間總是向前走嗎？為什麼呢？時間旅行可能嗎？資訊能向過去傳遞嗎？或許最大的謎團就是，這些與時間有關的問題是相互關聯還是各自為政？

　　科學家們提出了很多與時間有關的解釋。據英國《每日郵報》近日報道，美國麻省理工學院的哲學副教授布拉德福德·斯科博士最新提出，老話“時間如流水”可能是錯的，時間並不是向前流逝的，相反，時間中的一切都是始終存在的，如果我們“俯瞰”宇宙，那麼，我們將看到時間是向著所有方向延伸的，正如我們此刻看到的太空。

　　斯科將其稱為“封閉宇宙”的理論。斯科説：“你在時間中被展開，類似于你在空間中被展開那樣，我們並非處於單一的時間中。我們在時空中的經歷並非像一個焦點，你昨天的、上周的甚至數年前的經歷如今都是真實存在的。”此前有理論認為，現在是一個“焦點”，從過去移動至未來，我們處於這個焦點中，並隨著它前進。

　　但斯科也説，在不同時間中進行旅行是不可能的，因為我們目前在時空中處於一個不同的位置。

　　另據媒體報道，2014年12月，科學家提出了另一種時間理論，該理論認為，宇宙大爆炸發生時形成了一個相對我們宇宙的“鏡像宇宙”，這個宇宙在時間中是以和我們相反的方向運動——兩個宇宙中的智慧生命都認為對方在時間中倒退，但那個宇宙可能並不會與我們所在的這個宇宙完全相同：它或許已經以其自己的方式發展和演化，與我們的這個宇宙完全不同。然而，那個宇宙應當遵循相同的物理學定律，因此那裏可能也存在恒星、行星和星系，就像我們的宇宙。

　　這一理論嘗試解答有關“時間之矢”的問題，“時間之矢”指的是，時間是“對稱”的，所有的一切都在前行。英國學者朱利安·巴伯博士是這一理論的提出者之一。巴伯在接受《每日郵報》記者採訪時表示，這個理論可能提供了一個思考大爆炸理論的嶄新視角。

　　儘管上述理論目前似乎都自成體系，但哪種有關時間的理論能被證明是正確的——斯科的封閉宇宙還是鏡像宇宙抑或是另一種理論——仍有待觀察。

　　⑤空間還有其他維度嗎？

　　不管空間有多少個維度，存在的即是合理的，它們都是必要的。這個問題也許應該這樣問才對：空間到底有多少維度？

　　許多物理學家認為，物理學要想正確地了解和解釋宇宙，普通的三維肯定是不夠的。比如，弦理論認為我們生活在一個十維世界中，其中四維是我們日常生活感知的時空，另外六維呢？物理學家發現，1976年出現的“卡拉比—丘流形（Calabi-Yau Manifolds）”這個純粹的數學幾何結構，正好可以用來刻畫六維空間的內在形狀！

　　不過，不管是誰想解決這個謎團，都應該拜讀一下19世紀英國作家埃德溫·艾布特的《平面國：一個多維的傳奇故事》這本著作，這本書講述了主人公“四邊形（A.Square）”的冒險經歷。在書中，“四邊形”是一個生活在二維世界平地（Flatland）裏的角色，在那裏居住著能夠活動的各種幾何圖形，包括三角形、四邊形、五邊形等。2000年的第一天，一個來自三維“空間地帶”的球形生物途經平地，將四邊形帶離他的二維世界，向他展示出更大世界裏的三維面貌。當四邊形逐漸了解球形世界所展示的一切時，他斷定“空間地帶”本身可能作為一個很小的子空間而存在於一個更大的四維宇宙中。

　　⑥基因、癌症和運氣

　　你最近可能聽到了這樣的説法，即大多數癌症患者都是運氣不佳，美國《科學》週刊發表的一份研究報告就是這麼説的。據媒體報道，美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員在新年第一期的《科學》雜誌上報告稱：“所有的癌症都是壞運氣、環境和遺傳綜合作用的結果，我們建立了一個模型，來判斷這三種因素各自到底對癌症有多大貢獻。”

　　結果表明，多達三分之二的癌症患者可能要怪“運氣不好”，他們的健康幹細胞在分裂時發生了不好的隨機突變；另外三分之一才可歸因于遺傳基因和環境因素。研究人員指出，環境導致的突變可以通過躲開致癌物而減少；遺傳的突變可以發現並進行針對性治療，只有自身細胞分裂引發的那些突變，我們無計可施。在這個意義上，這些不能預防也不能施加影響的突變，是“壞運氣”。

　　該研究引發了抗議之聲，有人認為這種説法會給公眾“傳遞錯誤的資訊”。但也有人看見了光明的一面。荷蘭修布萊克研究所癌症生物學家漢斯·克萊弗斯就表示，這一新模型指出患了癌症的人也許只是運氣不好，這能幫癌症患者減少內疚和自責。美國國家癌症研究所的副主任道格拉斯·洛維也指出，這項研究並不是説我們可以放任自流，依然有很多癌症是可以預防的，不能放棄這方面的努力。

　　其實，專家們也對隨機突變（壞運氣）、遺傳（父母的原因）、生活方式（自己的原因）和環境（別人的原因）等對癌症的影響到底孰輕孰重意見不一，把這些問題理出頭緒，同時解決有關癌症的其他謎團應是21世紀科學界最重要的使命之一。

　　⑦如何衡量證據？

　　這個問題太神秘了，以至於很多科學家們都沒有意識到它是一個謎團。舉個簡單的例子：你做了一個實驗，得到具有重要統計學意義的數據結果，然後重復實驗，也得到了具有重要統計學意義的結果，你會認為這樣得到的證據比做一次實驗要強。但假如第二次實驗得出的數據的重要性稍遜一籌，那麼第二次實驗後，兩次實驗的合併“P值”反而更弱了，儘管證據原本應被認為是更強的。如此一來，我們應該如何來衡量證據呢？

　　⑧驅動宇宙加速膨脹的暗能量究竟是什麼？

　　科學家們對遙遠的超新星進行的觀察表明，宇宙膨脹的速度並不像他們原先所假定的那樣在放慢；事實上，這種膨脹在不斷加速。由於引力會將空間和時間的結構朝內拉，所以，宇宙中必然存在著一種遍佈宇宙的、不斷將時間和空間的結構向外推出的排斥力，科學家們將這種看不見的力稱為暗能量。

　　目前，最為人所接受的暗能量模型中，暗能量是一個“宇宙常數”，是宇宙空間本身固有的屬性，其會對空間施加“負壓力”，將空間撕開。不斷膨脹的宇宙會製造出更多空間，這些空間也會擁有更多的暗能量。基於目前被觀測到的宇宙膨脹率，科學家們推斷，所有的暗能量佔據了宇宙70%的空間，但沒有人知道如何尋找暗能量。

　　⑨暗物質到底是“何方神聖”？

　　顯而易見，宇宙中大約84%的物質既不吸收光也不釋放光，科學家們將其稱為暗物質。自80多年前科學家們發現暗物質效應開始，就有很多科學家紛紛開始殫精竭慮地探索暗物質，但結果總是差強人意，一些實驗中得到的線索總是在其他實驗中被推翻，令人沮喪不已。科學家們現在只能通過暗物質對可見物質的引力效應、輻射和宇宙結構來推測其存在和屬性。

　　不過，最近有好消息傳來。一項由西班牙科學家參與的國際研究團隊在2月12日出版的英國《自然·物理學》雜誌網路版上宣稱，他們已經找到了銀河系記憶體在暗物質的證據，這是首次在銀河系乃至太陽系內找到暗物質的直接觀測證據。

　　約科説：“在此項研究中，我們對銀河系旋轉速度進行了更加全面的觀測，我們將測量到的數據與假設星系中僅存在亮物質所得到的速度數據進行了比較，結果表明，除非我們周圍存在品質龐大的暗物質，否則，觀測到的數據將無法得到合理的解釋。”

　　⑩生命是如何起源的？

　　這個問題看起來似乎並不難，但總是解決不了。科學家們提出了很多推測，這些推測常常與RNA既能作為晶體也能作為“生物硬碟”存儲資訊有關。一直以來，對於生命的基本構成是如何在原始條件下産生，或者如何從太空來到地球的，不斷有各種新發現冒出來。

　　科學家們在遠古的岩石中發現了碳12（C12），這表明，在大約38億年前，生命開始出現在地球上。現在，有機分子在宇宙中遍地開花。我們可以在恒星的光譜標誌以及氣體雲中發現其“芳蹤”。

　　研究表明，1969年掉落在澳大利亞默奇森附近的默奇森隕石，包含有92種不同的氨基酸，其中大多數氨基酸從未在地球上出現過。然而，從氨基酸進化到一個擁有新陳代謝系統（提供能量）和一個能存儲資訊、引導蛋白質構成、調節有機體每個功能並能自我複製的遺傳系統的活體有機物是一個巨大的飛躍。

　　生命可以在任何地方出現嗎？還是，這只是一種機緣巧合，分子因為種種巧合相遇從而孕育出生命？我們現在還不知道答案。生命的起源問題一直是所有科學中最大的謎團之一。