神秘的黑箱（上）

它們一定在某個(gè)地方，只是我們還沒(méi)找到。

經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的探索，引力波終于被發(fā)現(xiàn)了，但這只是劃去了長(zhǎng)長(zhǎng)的神秘名單中的一個(gè)。從產(chǎn)卵的鰻魚到黑洞的事件視界，有很多我們確信存在的事物，如同躲在神秘的黑箱中，始終不見(jiàn)蹤影。下面我們就為大家列舉10個(gè)這樣的有趣例子。

宇宙物理中的黑箱

黑洞

黑洞是我們耳熟能詳?shù)氖挛?，理論早已證明它的存在，我們也已經(jīng)談?wù)摿撕芏嗄?，但就是沒(méi)人見(jiàn)過(guò)它的真容。

黑洞的引力如此強(qiáng)大，沒(méi)有任何物質(zhì)，包括能使它們可見(jiàn)的光，能從它的引力場(chǎng)中逃脫出來(lái)。所以，黑洞不能像普通天體那樣能夠直接觀測(cè)到。而最近所探測(cè)到的引力波，是兩個(gè)相對(duì)較小的黑洞合并時(shí)產(chǎn)生的。這可看作黑洞存在的間接證據(jù)——也許是目前最好的證據(jù)。天文學(xué)家認(rèn)為，引力波的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了黑洞或類似的東西廣泛分布于宇宙之中。

但如果使用現(xiàn)有的理論來(lái)分析黑洞，就會(huì)產(chǎn)生許多悖論。例如，理論表明黑洞會(huì)因不停輻射“霍金輻射”而逐漸萎縮變小，直至消失。那么，黑洞內(nèi)部物質(zhì)攜帶的信息也會(huì)隨之消失嗎？現(xiàn)在，理論學(xué)家仍沒(méi)有找到一個(gè)完美的解釋理論。

也許，直接觀測(cè)到黑洞才能搞清楚這些問(wèn)題。

現(xiàn)在，一個(gè)被稱為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”的觀測(cè)陣列，集結(jié)了位于美國(guó)、墨西哥、智利、法國(guó)、格陵蘭島和南極的天文望遠(yuǎn)鏡，將會(huì)在2017年發(fā)揮出全部的威力。這個(gè)觀測(cè)陣列的主要任務(wù)是通過(guò)尋找圍繞人馬座A*的高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)光發(fā)熱物質(zhì)，來(lái)為它畫一個(gè)大致的圖像。人馬座A*位于銀河系的銀心，它的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的400多萬(wàn)倍，使得附近的恒星都瘋狂地圍繞它旋轉(zhuǎn)。許多天文學(xué)家認(rèn)為它就是一個(gè)黑洞。如果這是真的，那么對(duì)它的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，應(yīng)該可以得到一些黑洞內(nèi)部的信息，也許還能搞清楚我們的黑洞理論該怎樣修正，才可消除悖論。

奧爾特云

你會(huì)在每一本天文學(xué)教科書里看見(jiàn)它：一個(gè)圍繞太陽(yáng)、主要由億萬(wàn)塊巖石和冰塊組成的球狀云團(tuán)，是太陽(yáng)系的外層邊界。奧爾特云的最遠(yuǎn)邊緣到太陽(yáng)的距離，是地日距離的10萬(wàn)倍，這已經(jīng)越過(guò)了前往臨近恒星——比鄰星路程的三分之一。

不過(guò)，奧爾特云內(nèi)的天體都太小了，而且?guī)缀跆幱诤诎抵?。所以，我們從?lái)就沒(méi)見(jiàn)過(guò)奧爾特云。唯一間接表明奧爾特云存在的證據(jù)是，那些“長(zhǎng)周期”彗星偶爾的造訪。遠(yuǎn)離太陽(yáng)的奧爾特云容易受到臨近恒星或整個(gè)銀河系引力的擾動(dòng)，致使奧爾特云的天體離開原有軌道，進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系，成為彗星。

奧爾特云的天體被認(rèn)為是太陽(yáng)系形成時(shí)遺留下來(lái)的物質(zhì)，它們的分布和大小可以幫助我們理解這一過(guò)程。尋找系外行星時(shí)所使用的一個(gè)技術(shù)——尋找凌星（行星從恒星“臉”前掠過(guò)）時(shí)恒星亮度的變化——可用來(lái)找到奧爾特云。2009年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從理論上來(lái)講，新發(fā)射的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡可以探測(cè)到奧爾特云中幾十千米寬的天體——如果它們正好從某顆恒星“臉”前掠過(guò)的話。

但在實(shí)踐中，星光短暫地變暗常常會(huì)被認(rèn)為是探測(cè)器的故障。而且，開普勒指向的是太陽(yáng)系平面的上方，遠(yuǎn)離奧爾特云天體最為集中的地方。但不斷涌入內(nèi)太陽(yáng)系的新彗星，給了天文學(xué)家足夠多的研究材料。因此，天文學(xué)家都很確信奧爾特云的存在，即使我們從未見(jiàn)過(guò)它。

膠球

膠子是傳遞夸克之間強(qiáng)核力的粒子，能使夸克們粘在一起形成諸如質(zhì)子或中子等強(qiáng)子。膠子還有一個(gè)奇怪的性質(zhì)：因?yàn)樗鼈円材芨惺艿綇?qiáng)核力，這意味著它們彼此也可以結(jié)合在一起。于是，理論學(xué)家提出了膠球概念——一種完全由一堆膠子構(gòu)成的復(fù)合粒子。

盡管許多理論學(xué)家堅(jiān)信膠球必然存在，但實(shí)驗(yàn)人員卻認(rèn)為我們可能永遠(yuǎn)找不到它們。

理論研究表明，能量達(dá)到1500兆電子伏特，或者說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)子所含能量的一半時(shí)，就足以把一堆膠子粘在一起，形成一個(gè)膠球。1995年，瑞士蘇黎世大學(xué)的理論學(xué)家提出，在歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)分別具有大約1370兆電子伏特和1500兆電子伏特的粒子，可能就是膠球。之后，他們還發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)候選者，它具有的能量約為1710兆電子伏特。

但強(qiáng)核力是出了名的難以計(jì)算。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，膠球的模擬計(jì)算往往是在一個(gè)只充滿膠子的假想世界中進(jìn)行的，但真實(shí)的世界并非如此。當(dāng)你開始準(zhǔn)備測(cè)量一個(gè)膠球時(shí)，夸克也會(huì)不可避免地迅速粘到膠球上，就像一些帶刺草籽會(huì)粘到襪子上一樣，因此你很難證明它曾經(jīng)是一個(gè)純粹由膠子構(gòu)成的粒子。所以，上面那三個(gè)候選粒子很有可能是包含夸克的復(fù)合粒子，真正的膠球我們還是無(wú)法發(fā)現(xiàn)。

動(dòng)物中的黑箱

磁受體

隨著小海龜從美國(guó)佛羅里達(dá)海灘上的卵中破殼而出，生物學(xué)家肯·羅曼開始了行動(dòng)。他舀起一些小海龜，把它們放進(jìn)一個(gè)黑屋子里的水箱中，水箱的周圍繞著電磁線圈，然后他試著改變磁場(chǎng)方向……

這是羅曼在1991年所開創(chuàng)的新實(shí)驗(yàn)，它證實(shí)了之前的懷疑：海龜可以感知磁場(chǎng)，根據(jù)磁場(chǎng)方向的變化來(lái)改變游動(dòng)的方向。那么是什么原因使得它們不僅能感知地球的磁場(chǎng)，還能借此導(dǎo)航？許多不同種類的生物，例如老鼠、龍蝦和果蠅，似乎也有類似的能力，但沒(méi)人找到它們感知磁場(chǎng)的生物器官，即一種被稱為磁受體的東西。

針對(duì)這些動(dòng)物大腦的研究，我們有了些線索。2009年，美國(guó)的神經(jīng)科學(xué)家對(duì)鴿子大腦在磁場(chǎng)下的活動(dòng)情況進(jìn)行了成像。他們發(fā)現(xiàn)，隨著磁場(chǎng)的變化，鴿子大腦內(nèi)有53對(duì)神經(jīng)元改變了激活方式。但是，它們從哪里得到磁場(chǎng)改變的信號(hào)呢？鴿子身上并沒(méi)有像耳朵或鼻子那種明顯的器官來(lái)感知磁場(chǎng)。

一個(gè)候選對(duì)象是隱花色素——一種在鳥類、鱒魚等許多動(dòng)物的眼睛發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)能感知磁場(chǎng)變化。研究人員還發(fā)現(xiàn)，用基因工程把果蠅的產(chǎn)生隱花色素的基因去除后，果蠅就感知不到磁場(chǎng)變化了。

但這一解釋并不全面。首先，我們?nèi)祟惖难劬χ幸灿须[花色素，但我們卻不能感知磁場(chǎng)。其次，沒(méi)人知道磁場(chǎng)是如何向大腦傳入信號(hào)的。

2015年，來(lái)自北京大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)對(duì)磁場(chǎng)敏感的蛋白質(zhì)（名為MayR），而且它還具有控制肌肉細(xì)胞和神經(jīng)元的能力。這是一個(gè)新的候選對(duì)象嗎？許多科學(xué)家對(duì)此表示懷疑?？傊谶@個(gè)研究領(lǐng)域中，科學(xué)家有點(diǎn)迷路了。

52赫茲鯨

它以“世界上最孤獨(dú)的鯨”而出名。它出沒(méi)于太平洋，呼喚著它的同伴，但從來(lái)沒(méi)有得到一個(gè)應(yīng)答。52赫茲鯨是獨(dú)一無(wú)二的，它能發(fā)出52赫茲的歌聲，但這一頻率比起任何已知品種的鯨都高很多（藍(lán)鯨的為10到39赫茲，長(zhǎng)須鯨的約為20赫茲）。

1989年，52赫茲鯨的歌聲首先被生物學(xué)家比爾·沃特金斯記錄到。但是，即使到了現(xiàn)在，我們還沒(méi)有見(jiàn)到這頭唱歌“跑調(diào)”的鯨。

然而，這頭雄性鯨——只有雄性鯨可發(fā)出洪亮的歌聲——可能并不是獨(dú)一無(wú)二的。美國(guó)斯克里普斯鯨魚聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的約翰·希爾德布蘭認(rèn)為，應(yīng)該有不止一頭這樣的鯨。因?yàn)?，他的團(tuán)隊(duì)曾利用水聽器只在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)就記錄到這種獨(dú)特的鯨魚之歌。

它季節(jié)性的游弋路線類似于藍(lán)鯨，沃特金斯認(rèn)為它是藍(lán)鯨與長(zhǎng)須鯨的雜交物種。希爾德布蘭認(rèn)為，它的母親是藍(lán)鯨，而父親是長(zhǎng)須鯨。長(zhǎng)須鯨像鼓手，會(huì)發(fā)出短促的歌聲，而藍(lán)鯨像美聲歌唱家，可拉長(zhǎng)音，52赫茲鯨則有點(diǎn)混合這兩種唱法。

2015年，一個(gè)嘗試找到52赫茲鯨的項(xiàng)目以失敗告終，因?yàn)檎{(diào)查人員沒(méi)有及時(shí)地分析水聽器錄下的聲音。等他們開始分析錄音時(shí)，才發(fā)現(xiàn)要找的動(dòng)物早已跑遠(yuǎn)了?，F(xiàn)在，位于美國(guó)加州圣巴巴拉海峽的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)——主要是用來(lái)監(jiān)聽藍(lán)鯨的——可能還有機(jī)會(huì)找到這個(gè)或這些神秘動(dòng)物。 （未完待續(xù)）