史上曾被認為不可能的十大科學難題全被實現

對於科學家來說，好像沒有什麼事情是不可能做到的。縱觀科學發展史，我們便會發現，一個又一個看似「不可能的任務」最終都成為可能，例如利用核能、上演太空飛行、創建力場以及遠距離傳物。

幾個世紀前，很多人還認為這些事情是不可能辦到的，但近些年來，一些「明知不可為而為之」的人卻開始邁進「可能」大門。

1. 分析恆星組成

在1842年著作《實證哲學》中，法國哲學家奧古斯特·孔德曾這樣描述恆星：「我們永遠不可能了解它們的內部結構，對於其中一些恆星，我們也不可能了解它們的大氣層如何吸收熱量。」在提到行星時，這位哲學家也持相同論調，他這樣寫道：「我們永遠不會知道它們的化學或者礦物學結構，更不要說了解生活在它們表面的有組織的生物了。」

實際上，孔德之所以得出這種結論是有依據的——恆星和行星與地球之間距離太遠，已超出我們的視覺和幾何學極限。他指出，雖然能夠計算它們的距離、運動和質量，但除此之外，我們不會了解任何東西；我們沒有任何一種方式能夠對恆星和行星進行化學分析。

具有諷刺意味的是，事實最終證明這位大哲學家的話大錯特錯。19世紀初，威廉·海德·沃勒斯頓和約瑟夫·馮·弗勞恩霍夫均發現太陽光譜中含有大量黑線。截止到1859年，黑線的秘密已被進一步揭開，此時的名字已變成「原子吸收線」。通過分析這種類型的線，我們便可確定存在於太陽之上的每一種化學元素，進而讓發現恆星組成成分成為一種可能。

2. 確定隕石存在

在整個文藝復興時期和現代科學發展初期，天文學家一直拒絕承認隕石存在。認為這些石頭來自太空的想法也一度被打上「迷信」和「異教學說」標籤，反對者指出，上帝怎麼會創造一個如此混亂的宇宙呢？當時，法國科學院曾做出這樣的著名論斷——「天上不可能掉石頭」。火球和石頭撞擊地面的報告一直被視為謠言和傳說，這些石頭也一度被解釋為「雷石」，即雷擊的產物。

直到1794年，否認隕石存在的論斷才宣告結束，當時，恩斯特·克拉德尼——因有關振動和聲學的著作而聞名於世的物理學家——在一部著作中指出，隕石應該來自外太空。1790年，法國巴伯坦地區下了一場「石頭雨」(石頭從天而降)，當時有300人目擊了這一過程。也正是這場「石頭雨」促使克拉德尼發表了他的著作。

然而，克拉德尼的大作《帕拉斯鐵類似物質以及相關自然現象由來》(On the Origin of the Pallas Iron and Others Similar to it, and on Some Associated Natural Phenomena)最終未能逃出被奚落和嘲笑的命運。直到1803年，他的蒙冤才得以昭雪，當時，吉恩-巴普迪斯特·畢奧對法國萊格勒地區上演的另一場「石頭雨」進行了分析，並發現確鑿證據證明這些石頭確實來自太空。

3. 重於空氣的飛行器

大量科學家和工程師曾自信地指出，重於空氣的飛行是不可能做到的，對於賴特兄弟飛行試驗，這種論斷無疑是一個令人晦氣的前奏，反對者認為，這對兄弟的飛行夢想根本不可能實現。在所有持這種論調的人中，凱爾文勛爵可能是最為著名的一個。他早在1895年便聲稱，「不可能製造出重於空氣的飛行器」。然而就在8年之後，賴特兄弟便用鐵一般的事實證明他的論斷是多麼荒謬可笑。

而更令人不可思議的是，就在凱爾文做出這種聲名狼藉的論斷時，科學家和工程師卻快速接近重於空氣飛行這一目標。自18世紀晚期以來，人類便開始乘氣球飛行，截止到19世紀晚期，氣球已在人力控制範圍之內。而包括費利克斯·杜·坦普爾的單翼飛機在內的幾種設計，也都順利飛入藍天，只不過飛行時間較為短暫罷了。說到這，我們難免產生這樣的疑問——為什麼有人要對重於空氣飛行持懷疑觀點呢？這個問題要追溯到1716年，當時，科學家和神學家伊曼紐爾·斯維登伯格在一篇文章中描述了一種飛行器的設計。他這樣寫道：「這種飛行器似乎說起來容易做起來難，相較於人的身體來說，它要求更大的動力和更輕的重量。」

與其它很多設計一樣，斯維登伯格的飛行器也建立在拍翼機械裝置之上。也就是說，在重於空氣的飛行成為可能前，我們必須設計出真正有效的兩個翼。首先，兩個拍打的翼不得不被滑行機械裝置取代。其次，工程師必須有能力做到更理想的能量供應——內燃機。但頗具諷刺意味的是，尼古勞斯·奧托早在1877年就申請了內燃機專利。

4. 進入太空

從大氣飛行到太空飛行無疑是一個質的飛躍，但整個過程遠比我們認為的要複雜的多。很長時間以來，將任何物體送入太空和將人類送入軌道的想法便被視為一種無稽之談。持懷疑觀點的人可謂有理有據，因為當時畢竟沒有相關技術能夠做到這一點。為了實現太空游，飛船必須達到逃逸速度——每秒速度達到11.2公里以上才能衝出地球。如果考慮音障這個因素，飛船的時速只有1238公里。直到1947年，人類才第一次成功突破音障。

在儒勒·凡爾納的小說《從地球到月球》中，這位科幻小說作家建議使用一種巨型加農炮。然而，類似這樣的加速度突然爆發會讓所有乘員立即喪命。此外，計算結果也顯示，加農炮的力量不足以讓飛船達到逃逸速度。

20世紀初，兩名火箭研究員——康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和羅伯特·戈達德——最終解決了這個問題。齊奧爾科夫斯基的研究工作被蘇聯之外的國家忽視；在自己的想法慘遭嚴厲批評之後，戈達德也逐漸淡出公眾視線。但不管怎樣，科學的前進腳步是不可能被阻止的。1957年，第一顆人造衛星「人造地球衛星1」號發射升空，4年之後，第一艘載人飛船也順利入主太空。可惜的是，由於過早辭世，齊奧爾科夫斯基和戈達德都未能親身感受這些激動人心的時刻。

5. 利用核能

1934年12月29日，《匹茲堡郵報》援引阿爾伯特·愛因斯坦的話報道說：「沒有任何跡象顯示，人類可以獲得並利用核能。利用核能意味著可以隨意並且不得不將原子撕成碎片。」同一年，也就是在這篇報道刊登之前，恩里科·費米發現，如果用中子轟擊鈾，鈾原子便會分裂成更輕的元素同時釋放大量能量。

愛因斯坦的懷疑最終在事實面前敗下陣來。截止到1939年，人們已加深了對核裂變的了解，研究人員意識到，連鎖反應——一旦開始，速度便持續增加——可以產生巨大的爆炸。1942年晚些時候，研究人員在試驗中上演了類似的連鎖反應。1945年8月6日，第一顆原子彈在廣島上空爆炸。但令人感到諷刺的是，五星上將威廉·萊希曾對時任總統杜魯門說過這樣的說：「我本人就是一名爆炸物專家，在我看來，這是我們做過的最愚蠢的事情，因為這枚炸彈永遠不會爆炸。」1954年，蘇聯憑藉奧勃寧斯克核電廠成為第一個使用核能發電的國家。

6. 發現高溫超導體

高溫超導體無疑是一個怪異的傢伙——它上演的超導現象可以被觀察和測量，但這種現象本不應該發生。根據有關超導性的完美理論，超導現象不可能在30開氏度以上出現。有意思的是，一些超導體在77開氏度時具有最佳導電性。超導體——電流通過時不受阻力——是在1911年首次發現的。為了見識超導現象，導電材料通常要冷卻到絕對零度附近某一特定溫度。

在以後的50年時間裡，科學家陸續發現了很多超導材料，並對它們進行了研究。1957年，約翰·巴丁、利昂·庫珀和約翰·施里弗提出了有關超導材料的完整理論——「BCS」 (取每人姓氏的第一個字母進行組合)理論，詳細解釋了標準超導體的特性。根據「BCS」理論，超導材料中的電子以所謂的「庫柏對」形式移動。如果一個「庫柏對」結合得足夠牢固，便可經受住材料中原子的任何影響，進而實現零電阻。然而，這一理論也指出，只有在極低溫度下才能產生零電阻現象，此時的原子只出現細微振動。

在1986年發表的一篇著名論文中，約翰尼斯·格奧爾格·貝德諾爾茨和卡爾·亞歷山大·穆勒報告說，他們發現了一種可在最高35開氏度情況下具備超導性的材料，這種材料的發現改變了超導體家族的面貌，二人也因此獲得第二年的諾貝爾物理學獎。在此之後，貝德諾爾茨和穆勒又發現了可在更高溫度下具備超導性的材料。迄今為止，可觀察到的最高溫度(在壓力情況下)為164開氏度。但在科學研究突飛猛進的今天，這一紀錄也許保持不了多長時間。

7. 發現黑洞存在

如果得知基本黑洞理論早在1783年便被首次提出的話，那些認為黑洞屬於未來派或者現代派想法的人可能會大為驚訝的。當時，地質學家約翰·米契爾在寫給皇家學會的一封信中提到了黑洞。他指出，如果一顆恆星擁有足夠大的質量，一個從無限高度向它墜落的天體將獲得更大的表面速度——甚至超過光速，從類似這樣一個天體發生的所有光線都會因自身引力原路返回。

然而，在整個19世紀，存在黑洞一度被視為一個太過荒謬而可笑的想法，原因在於：物理學家認為光是一種以「以太」為媒質的波，可以被假定為無質量，因此對引力具有「免疫性」。直到1915年愛因斯坦提出著名的廣義相對論，科學家才不得不嚴肅對待黑洞理論。根據愛因斯坦相對論的一個重要預測，光線會因引力影響發生彎曲。此後，阿瑟·埃丁頓對日食時的恆星位置進行了測量。測量結果顯示，它們發出的光線因為太陽引力發生彎曲，但受當時使用的設備限制，觀察到的彎曲效應幅度太小，因此並不可靠——有關黑洞存在的理論是後來正式得到公認的。

相對論確立後，黑洞便成為一個嚴肅的課題，蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡等理論學家都詳細闡明過它們的特性。在此之後，天文學家便開始尋找黑洞蹤影。越來越多的證據證明，黑洞與宇宙中很多星系(包括銀河系在內)中央的天體具有相似性，它們是產生高能宇宙射線的最大天體。然而，爭論並沒有完全停止。2007年公布的一個有爭議的計算結果顯示，在恆星塌陷成黑洞過程中，大量物體被拋出「母體」，由於質量減少，它們不可能形成真正的黑洞。

8. 創建力場

創建力場是科幻小說中的一個經典段落，由於「等離子窗」的發明，創建力場最終於1995年成為一種現實。「等離子窗」由布克海文國家實驗室的阿迪·赫什科維奇一手設計，它可以利用磁場讓一個小空間充滿等離子體或者離子化氣體。赫什科維奇和Acceleron公司共同開發的「等離子窗」被用於降低電子束焊接的能耗。

「等離子窗」擁有絕大多數與力場有關的特性。它能有效阻隔物質，可以充當真空與大氣間的一道屏障。此外，它允許激光和電子束暢通無阻地穿過；如果將氬氣作為等離子的工作氣體，它甚至可以發出藍光。唯一的缺點就是需要巨大能量才能產生任何尺寸的「等離子窗」——當前的樣品都是一些小個子。從理論上說，研製更大「等離子窗」的可能性是存在的。

9. 打造隱形技術

隱形是另一個帶有科幻色彩的技術，從理查德·瓦格納的歌劇《萊茵河的黃金》到赫·喬·韋爾斯的《隱形人》再到「哈里·波特」魔幻系列，隱形技術可謂是無處不在。實際上，任何物理學定律都沒有規定隱形是不可能的，最近取得的進步意味著，一些確定類型的遮蔽裝置已經成為可能。過去幾年來，我們一定聽說過大量與「隱形斗篷」試驗有關的報道，一款基本設計也已於2006年問世。這些裝置依靠「超材料」引導物體周圍的光線。第一件「隱形斗篷」只能對微小物體起作用，並且是在微波環境下。很顯然，對這種設計進行修改使其用於可見光環境無疑是一個巨大挑戰，幸運的是，這種修改在1年之後便可完成，雖然作用範圍只達到兩個維度和微米(百萬分之一米)。毫無疑問，製造一件真正意義上的「隱形斗篷」所要面臨的工程學挑戰仍然令人畏懼。

10. 實現遠距離傳物

「遠距離傳物」這個詞已經有很多年歷史了，但對於這種帶有強烈科幻色彩的技術，人們也一直持懷疑態度。在作家和超自然現象學家查爾斯·福特的著作《Lo!》中，人們第一次聽說遠距離傳物。此後，這個詞便成為大批科幻小說作家的「座上賓」，《星際迷航》中的「傳送機」稱得上最為著名的一個。

儘管遠距離傳物的「出身」帶有強烈科幻色彩，但物理學家已經實現了一種類型的遠距離傳物，這還要感謝一種被稱之為「糾纏」的怪異的量子現象。糾纏在一起的粒子具有這樣的特性——不管彼此之間距離多遠，它們都要連接在一起。舉個例子來說，如果改變一個糾纏電子的旋轉，它的「孿生兄弟」的旋轉也會發生變化。

很顯然，糾纏粒子可以被用於遠距離傳送信息。在任何比原子更大的物質上進行同樣的「表演」一度被視為不可能，但在2002年，一種與糾纏偶分子有關的理論指出，它們可以被分割為量子態，也就是所謂的「疊加」。最近，科學家又提出了一種可選性想法，被戲稱為「非量子物理的遠距離傳物」，即打造一束銣原子，讓它們在一個地方消失，而後又在另一個地方出現。這種方法雖然不依靠糾纏，但卻可以傳送有關這些原子的所有信息，也就是說，它們可以在一條光纖幫助下在另一個地方實現「再造」。

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