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- 20个等待你用想象力先行解决的科学问题

      我的日志 2007-8-12 10:28
20个等待你用想象力先行解决的科学问题
关于宇宙、关于地球、关于我们自身,有太多的谜题等待我们去挖掘。但哪些是最重要的未解之谜,我们距离找到答案还有多远?今年7月1日,在纪念美国《科学》杂志创刊125周年之际,科学家们总结出了125个迄今我们还不能很好回答的问题。有博主总结了以下20个。也许用科学解决它们还需要十分漫长的时间,但这20个未解决的问题恰好为我们提供了宽广的想象空间。如果能以其中某个问题展开想象,写出一篇科幻小说,一定会非常好看吧。
[原文题目:《20个迄今为止不能回答的科学问题》] 
  1、宇宙是由什么组成的?   
  一个脱口而出的答案是:由那些亮晶晶的星星组成的。但在最近几十年中,科学家越来越发现这个答案是不正确的。天文学家认为,组成恒星、行星、星系——当然还有我们——的物质,或者叫普通物质,只占宇宙总质量的不到5%。他们估计,另外25%,可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70%呢?天文学家认为那可能是暗能量——让宇宙加速膨胀的力量。
  
  暗物质和暗能量的本质是什么?科学家正在用加速器和望远镜寻找这些问题的答案,如果找到了,其意义肯定是宇宙级的。

  
  2、我们在宇宙中是唯一的吗?
  45年前,天文学家弗克·德雷克首次启动了探寻地外文明的奥兹玛计划——用巨大的天线(射电望远镜)接受外星文明发射的信号。45年过去了,天文学家的努力仍然在继续着。然而,即使是迄今为止规模最大的“凤凰
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- 分形——大自然的几何学2007年2期"奥妙与新知"奇异的寇赫岛

      我的日志 2007-8-12 10:26
分形——大自然的几何学
<世界科幻博览>2007年2期"奥妙与新知"
奇异的寇赫岛

传说在浩渺无边的大洋上有一座叫寇赫的小岛,在这座小岛的海岸繁衍生息着许多快乐的生灵:鲸鱼、人类、鱼、浮游生物、底栖生物等。它们都是聪明伶俐的智慧生物,都自称自己才是寇赫岛的主人。他们的争吵打破小岛久日的宁静,直到引得上帝出来为他们仲裁。

上帝说:“你们中谁能测量出寇赫岛的海岸线长度,谁便是小岛的主人。”众生灵于是兴致勃勃的投入到他们的测量工作中去。不久,鲸鱼、人类、鲅鱼、紫贻贝、霞水母、轮虫纷纷报上自己的测量数据。他们发现,大家的测量结果居然大相径庭,差异竟达到好几个数量级。但他们都坚信自己的测量结果才是正确的。

在他们争执不下时,上帝宣布:“所有的测量都正确。”

“可是?”众生灵不明白了,同样一座小岛之于不同的种类怎么会有如此大的测量差异?

“这是因为你们选择了不同精度的尺子测量的缘故。”

原来,海岸线是弯曲不平的,如果用精确度为千米的的仪器测量,得到海岸线上两点A点到B点是10千米,却忽略了小于10千米的曲折。如果用精确度为米的仪器,则会得到A点到B点的长度大于10千米的结果。如果选测量精确度为毫米甚至微米的仪器,则会有更小的曲折被测量到,而且这个长度的增加可随测量尺的精确度增加趋向无穷。所以对于用小尺子测量的轮虫而言,它测量得出的海岸线长度远大于用大尺子测量的鲸鱼。

可见长度不是海岸线的定量特征,这时应当用分维来描述海岸线。因为海岸属于一种“自相似”的分形结构。

用不同精度的尺子测量海岛海岸线的长度将得到迥异的结果

海岸是一种分形图形,只能用分维来描述它

分形与分维

著名理论物理学家约翰·惠勒说过,在过去,一个人如果不懂得“熵”是怎么回事,就不能说是科学上有教养的人;在将来,一个人如果不能同样熟悉分形,他就不能被认为是科学上的文化人。

何为分形?简单的说,分形就是研究无限复杂但具一定意义下的自相似结构的几何学。例如,一棵参天大树与它自身上的树枝及树枝上的枝杈,在形状上没有什么大的区别,大树和树枝这种关系在几何形状上称之为自相似关系。观察一片树叶的叶脉,也有类似的性质。蕨类植物的叶片、人的肺部、雪花等都是自然界的自相似分形结构。

分形具无限小尺度下的自相似结构

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