原标题：CICC科普栏目｜史上曾被以为不或许的十大科学难题全被完结
关于科学家来说，如同没有什么作业是不或许做到的。纵观科学发展史，咱们便会发现，一个又一个看似“不或许的使命”终究都成为或许，例如运用核能、演出太空飞翔、创立力场以及远间隔传物。
几个世纪前，许多人还以为这些作业是不或许办到的，但近些年来，一些“明知不行为而为之”的人却开端跨进“或许”大门。
剖析恒星组成
在1842年作品《实证哲学》中，法国哲学家奥古斯特·孔德曾这样描绘恒星：“咱们永久不或许了解它们的内部结构，关于其间一些恒星，咱们也不或许了解它们的大气层怎么吸收热量。”在提到行星时，这位哲学家也持相同论调，他这样写道：“咱们永久不会知道它们的化学或许矿物学结构，更不要说了解生活在它们外表的有组织的生物了。”
实际上，孔德之所以得出这种结论是有依据的——恒星和行星与地球之间间隔太远，已超出咱们的视觉和几何学极限。他指出，尽管能够核算它们的间隔、运动和质量，但除此之外，咱们不会了解任何东西；咱们没有任何一种办法能够对恒星和行星进行化学剖析。
具有挖苦意味的是，实际终究证明这位大哲学家的话大错特错。19世纪初，威廉·海德·沃勒斯顿和约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫均发现太阳光谱中含有许多黑线。截止到1859年，黑线的隐秘已被进一步揭开，此刻的姓名已变成“原子吸收线”。经过剖析这种类型的线，咱们便可确认存在于太阳之上的每一种化学元素，从而让发现恒星组成成分成为一种或许。
确认陨石存在
在整个文艺复兴时期和现代科学发展初期，天文学家一向回绝供认陨石存在。以为这些石头来自太空的主意也一度被打上“迷信”和“异教学说”标签，反对者指出，天主怎么会创造一个如此紊乱的世界呢？其时，法国科学院曾做出这样的闻名结论——“天上不或许掉石头”。火球和石头碰击地上的陈述一向被视为谣言和传说，这些石头也一度被解说为“雷石”，即雷击的产品。
直到1794年，否定陨石存在的结论才宣告完毕，其时，恩斯特·克拉德尼——因有关振荡和声学的作品而闻名于世的物理学家——在一部作品中指出，陨石应该来自外太空。1790年，法国巴伯坦区域下了一场“石头雨”(石头突如其来)，其时有300人目睹了这一进程。也正是这场“石头雨”促进克拉德尼宣布了他的作品。
但是，克拉德尼的高文《帕拉斯铁相似物质以及相关自然现象由来》(On the Origin of the Pallas Iron and Others Similar to it, and on Some Associated Natural Phenomena)终究未能逃出被奚落和讪笑的命运。直到1803年，他的蒙冤才得以昭雪，其时，吉恩-巴普迪斯特·毕奥对法国莱格勒区域演出的另一场“石头雨”进行了剖析，并发现确凿依据证明这些石头的确来自太空。
重于空气的飞翔器
许多科学家和工程师曾自傲地指出，重于空气的飞翔是不或许做到的，关于赖特兄弟飞翔实验，这种结论无疑是一个令人倒霉的序幕，反对者以为，这对兄弟的飞翔愿望底子不或许完结。在一切持这种论调的人中，凯尔文勋爵或许是最为闻名的一个。他早在1895年便宣称，“不或许制作出重于空气的飞翔器”。但是就在8年之后，赖特兄弟便用铁一般的实际证明他的结论是多么荒唐可笑。
而更令人难以想象的是，就在凯尔文做出这种身败名裂的结论时，科学家和工程师却快速挨近重于空气飞翔这一方针。自18世纪晚期以来，人类便开端乘气球飞翔，截止到19世纪晚期，气球已在人力操控规模之内。而包含费利克斯·杜·坦普尔的单翼飞机在内的几种规划，也都顺畅飞入蓝天，只不过飞翔时间较为时间短算了。提到这，咱们不免发作这样的疑问——为什么有人要对重于空气飞翔持置疑观念呢？这个问题要追溯到1716年，其时，科学家和神学家伊曼纽尔·斯维登伯格在一篇文章中描绘了一种飞翔器的规划。他这样写道：“这种飞翔器好像说起来简单做起来难，相较于人的身体来说，它要求更大的动力和更轻的分量。”
与其它许多规划相同，斯维登伯格的飞翔器也建立在拍翼机械设备之上。也便是说，在重于空气的飞翔成为或许前，咱们有必要规划出真实有用的两个翼。首要，两个敲打的翼不得不被滑行机械设备替代。其次，工程师有必要有才干做到更抱负的能量供给——内燃机。但颇具挖苦意味的是，尼古劳斯·奥托早在1877年就申请了内燃机专利。
进入太空
从大气飞翔到太空飞翔无疑是一个质的腾跃，但整个进程远比咱们以为的要杂乱的多。很长时间以来，将任何物体送入太空和将人类送入轨迹的主意便被视为一种无稽之谈。持置疑观念的人可谓有理有据，因为其时究竟没有相关技能能够做到这一点。为了完结太空游，飞船有必要到达逃逸速度——每秒速度到达11.2公里以上才干冲出地球。假如考虑音障这个要素，飞船的时速只要1238公里。直到1947年，人类才第一次成功打破音障。
在儒勒·凡尔纳的小说《从地球到月球》中，这位科幻小说作家主张运用一种巨型加农炮。但是，相似这样的加速度忽然迸发会让一切乘员当即丧身。此外，核算成果也显现，加农炮的力气不足以让飞船到达逃逸速度。
20世纪初，两名火箭研讨员——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和罗伯特·戈达德——终究处理了这个问题。齐奥尔科夫斯基的研讨作业被苏联之外的国家忽视；在自己的主意惨遭严厉批评之后，戈达德也逐步淡出大众视野。但不论怎样，科学的行进脚步是不或许被阻挠的。1957年，第一颗人造卫星“人造地球卫星1”号发射升空，4年之后，第一艘载人飞船也顺畅入主太空。惋惜的是，因为过早谢世，齐奥尔科夫斯基和戈达德都未能亲自感触这些激动人心的时间。
运用核能
1934年12月29日，《匹兹堡邮报》征引阿尔伯特·爱因斯坦的话报导说：“没有任何迹象显现，人类能够获得并运用核能。运用核能意味着能够随意而且不得不将原子撕成碎片。”同一年，也便是在这篇报导刊登之前，恩里科·费米发现，假如用中子炮击铀，铀原子便会分裂成更轻的元素一起开释许多能量。
爱因斯坦的置疑终究在实际面前败下阵来。截止到1939年，人们已加深了对核裂变的了解，研讨人员意识到，连锁反应——一旦开端，速度便继续添加——能够发作巨大的爆破。1942年晚些时候，研讨人员在实验中演出了相似的连锁反应。1945年8月6日，第一颗原子弹在广岛上空爆破。但令人感到挖苦的是，五星上将威廉·莱希曾对时任总统杜鲁门说过这样的说：“我自己便是一名爆破物专家，在我看来，这是咱们做过的最愚笨的作业，因为这枚炸弹永久不会爆破。”1954年，苏联凭仗奥勃宁斯克核电厂成为第一个运用核能发电的国家。
发现高温超导体
高温超导体无疑是一个奇怪的家伙——它演出的超导现象能够被调查和丈量，但这种现象本不应该发作。依据有关超导性的完美理论，超导现象不或许在30开氏度以上呈现。有意思的是，一些超导体在77开氏度时具有最佳导电性。超导体——电流经过期不受阻力——是在1911年初次发现的。为了才智超导现象，导电资料一般要冷却到绝对零度邻近某一特定温度。
在今后的50年时间里，科学家连续发现了许多超导资料，并对它们进行了研讨。1957年，约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗提出了有关超导资料的完好理论——“BCS”(取每人姓氏的第一个字母进行组合)理论，具体解说了规范超导体的特性。依据“BCS”理论，超导资猜中的电子以所谓的“库柏对”方式移动。假如一个“库柏对”结合得满足结实，便可饱尝住资猜中原子的任何影响，从而完结零电阻。但是，这一理论也指出，只要在极低温度下才干发作零电阻现象，此刻的原子只呈现纤细振荡。
在1986年宣布的一篇闻名论文中，约翰尼斯·格奥尔格·贝德诺尔茨和卡尔·亚历山大·穆勒陈述说，他们发现了一种可在最高35开氏度情况下具有超导性的资料，这种资料的发现改动了超导体宗族的相貌，二人也因而获得第二年的诺贝尔物理学奖。在此之后，贝德诺尔茨和穆勒又发现了可在更高温度下具有超导性的资料。迄今为止，可调查到的最高温度(在压力情况下)为164开氏度。但在科学研讨日新月异的今日，这一纪录或许坚持不了多长时间。
发现黑洞存在
假如得知根本黑洞理论早在1783年便被初次提出的话，那些以为黑洞归于未来派或许现代派主意的人或许会大为惊奇的。其时，地质学家约翰·米契尔在写给皇家学会的一封信中提到了黑洞。他指出，假如一颗恒星具有满足大的质量，一个从无限高度向它掉落的天体将获得更大的外表速度——乃至超越光速，从相似这样一个天体发作的一切光线都会因本身引力原路回来。
但是，在整个19世纪，存在黑洞一度被视为一个过分荒唐而可笑的主意，原因在于：物理学家以为光是一种以“以太”为媒质的波，能够被假定为无质量，因而对引力具有“免疫性”。直到1915年爱因斯坦提出闻名的广义相对论，科学家才不得不严厉对待黑洞理论。依据爱因斯坦相对论的一个重要猜测，光线会因引力影响发作曲折。尔后，阿瑟·埃丁顿对日食时的恒星方位进行了丈量。丈量成果显现，它们宣布的光线因为太阳引力发作曲折，但受其时运用的设备约束，调查到的曲折效应起伏太小，因而并不行靠——有关黑洞存在的理论是后来正式得到公认的。
相对论建立后，黑洞便成为一个严厉的课题，苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡等理论学家都具体说明过它们的特性。在此之后，天文学家便开端寻觅黑洞踪迹。越来越多的依据证明，黑洞与世界中许多星系(包含银河系在内)中心的天体具有相似性，它们是发作高能世界射线的最大天体。但是，争辩并没有彻底中止。2007年发布的一个有争议的核算成果显现，在恒星陷落成黑洞进程中，许多物体被抛出“母体”，因为质量削减，它们不或许构成真实的黑洞。
创立力场
创立力场是科幻小说中的一个经典阶段，因为“等离子窗”的创造，创立力场终究于1995年成为一种实际。“等离子窗”由布克海文国家实验室的阿迪·赫什科维奇一手规划，它能够运用磁场让一个小空间充溢等离子体或许离子化气体。赫什科维奇和Acceleron公司共同开发的“等离子窗”被用于下降电子束焊接的能耗。
“等离子窗”具有绝大多数与力场有关的特性。它能有用隔绝物质，能够充任真空与大气间的一道屏障。此外，它答应激光和电子束四通八达地穿过；假如将氩气作为等离子的作业气体，它乃至能够宣布蓝光。仅有的缺陷便是需求巨大能量才干发作任何尺度的“等离子窗”——当时的样品都是一些小个子。从理论上说，研发更大“等离子窗”的或许性是存在的。
打造隐形技能
隐形是另一个带有科幻颜色的技能，从理查德·瓦格纳的歌剧《莱茵河的黄金》到赫·乔·韦尔斯的《隐形人》再到“哈里·波特”魔幻系列，隐形技能可谓是无处不在。
实际上，任何物理学规律都没有规则隐形是不或许的，最近获得的前进意味着，一些确认类型的遮盖设备现已成为或许。曩昔几年来，咱们必定传闻过许多与“隐形大氅”实验有关的报导，一款根本规划也已于2006年面世。这些设备依托“超资料”引导物体周围的光线。第一件“隐形大氅”只能对细小物体起效果，而且是在微波环境下。很显然，对这种规划进行修正使其用于可见光环境无疑是一个巨大应战，走运的是，这种修正在1年之后便可完结，尽管效果规模只到达两个维度和微米(百万分之一米)。毫无疑问，制作一件真实意义上的“隐形大氅”所要面对的工程学应战依然令人害怕。
完结远间隔传物
“远间隔传物”这个词现已有许多年前史了，但关于这种带有激烈科幻颜色的技能，人们也一向持置疑态度。在作家和超自然现象学家查尔斯·福特的作品《Lo!》中，人们第一次传闻远间隔传物。尔后，这个词便成为大批科幻小说作家的“座上宾”，《星际迷航》中的“传送机”称得上最为闻名的一个。
尽管远间隔传物的“身世”带有激烈科幻颜色，但物理学家现已完结了一种类型的远间隔传物，这还要感谢一种被称之为“羁绊”的奇怪的量子现象。羁绊在一起的粒子具有这样的特性——不论彼此之间间隔多远，它们都要衔接在一起。举个比如来说，假如改动一个羁绊电子的旋转，它的“孪生兄弟”的旋转也会发作变化。
很显然，羁绊粒子能够被用于远间隔传送信息。在任何比原子更大的物质上进行相同的“扮演”一度被视为不或许，但在2002年，一种与羁绊偶分子有关的理论指出，它们能够被分割为量子态，也便是所谓的“叠加”。最近，科学家又提出了一种可选性主意，被戏称为“非量子物理的远间隔传物”，即打造一束铷原子，让它们在一个当地消失，然后又在另一个当地呈现。这种办法尽管不依托羁绊，但却能够传送有关这些原子的一切信息，也便是说，它们能够在一条光纤协助下在另一个当地完结“再造”。
来历：科学解码
转自：超级数学建模
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