万年科学实验大畅想：大恒星如何爆发/图 (3)

时间跨度：100 000年

　　问题：材料是如何被腐蚀的？

　　克里斯汀·帕松(Kristin Persson)，美国劳伦斯伯克利国家实验室理论物理学家兼材料科学家

　　我们无时无刻不在打造各种各样的东西，但如何知道这些东西能够用多久呢？如果我们要建造核废料容器，那就必须保证容器的寿命能够坚持到核物质不再有危险性的那一天。如果我们不想让地球成为到处都是垃圾的地方，就应该知道塑料及其他物质需要多长时间才能降解。

　　要想搞清楚上面这些问题，唯一的方法是让这些材料经受100 000年左右的应力测试，并看看结果如何。这样我们才能够打造出真正经久耐用的东西，或是以“绿色”环保的方式自已降解掉。

　　比如，我们可以对通常用作核废料容器的铜基合金、玻璃等材料进行测试(核废料库应该深埋在仔细挑选的储存点的地下，不过在数千年时间里，地质状况有可能发生预料不到的变化)。实验中，材料将经受加速磨损及化学侵蚀(比如pH值变化)。实验的温度也将忽高忽低地随时变化，以模拟昼夜变化和季节轮替。

　　那些在长时间尺度上似乎对最严苛的环境都显得很适应的材料，实际上很可能已经发生了难以察觉的退化。因为我们的鉴定手段还不够好，如果材料只是磨掉了几个原子，我们是探测不出来的。只有在经历了上万年后，坏掉的地方才可能逐渐显露出来，从而让我们知道哪种材料是最好的。

　　对材料进行长期测试的需求，也会促使其他技术极大地发展。例如，当前的实验室技术和模拟手段还无法准确地预测，15年后新型电动汽车的电池性能会怎样。但最终计算机模拟或许会发展到非常先进的水平，取代长期的实验。不过，在没有搞清楚之前，我们在建造需要经久耐用的东西时，应该格外谨慎一些。

　　时间跨度：100 000年

　　问题：物种是如何形成的？

　　杰瑞·科伊纳(Jerry Coyne)，美国芝加哥大学进化生物学家

　　自然界中绝大多数新物种的产生，均是始于某一种群在地理上与其他种群隔绝开来之时。随后，这个种群会慢慢适应当地的环境，并且或迟或早将会获得一些新的特性，以使其要么无法与原先所属物种成功交配，要么交配后产生的后代无生殖能力(也可能两种情况同时出现)。进化生物学中一个尚未解决的重要问题就是：这两种繁殖障碍——也就是使杂交繁殖难以成功和导致后代无生殖能力——哪一种先出现？

　　“物种形成”往往需要跨越好几个地质年代。虽然我们可以在化石或DNA中看到物种形成的证据，但要想看到这一过程完成，却必须等待上百万年乃至更长的时间(一些文献资料证明，物种形成也存在捷径，这类捷径不要求种群在地理上隔绝，不过这种情况属于特例)。不过，如果有10万年的时间，我们就能够在实验室再现物种形成。

　　实现这一目标的诀窍就在于，我们需要物色一个能够快速繁殖的物种来进行研究，比如果蝇。研究人员将在实验室中把两个或两个以上的种群隔离开来，让它们接触不同的食物和其他条件。然后再定期检查每个种群是否发生了遗传变异，它们的解剖结构、生理特性和行为习性是否有变化，并且不时地安排不同种群的成员相遇，观察会发生什么情况。

　　在特定条件下，我和合作者通过考察许多有密切亲缘关系的物种，在进化趋异的各个不同阶段的表现，间接获得了对繁殖障碍的一些认识。对于地理上隔绝的果蝇，我们发现两种繁殖障碍——即交配困难和后代无生殖能力——以大致相同的速率进化出来。而对于共栖于同一地区的果蝇，交配困难似乎出现得更早。但尚不清楚这些结果是否适用于所有生物。

　　为了加速新物种的形成——比如在100年内——我们可以增强生物的选择压力，并远远超出自然界中通常的情形。20世纪80年代，在一项具有里程碑意义的实验中，研究人员仅通过25代，即培育出了能适应不同环境的果蝇种群，而且它们也喜欢与生存在类似环境的果蝇个体交配。但是，该实验中的条件是人为创造出来的，而且培育出来的两个种群可否被视为不同的“物种”也大成问题。也许，进行一次长时间的实验将会得出更确定的结果。

　　时间跨度：1 000 000

　　问题：宇宙是不均衡的吗？

　　格伦·斯塔克曼(Glenn Starkman)，美国凯斯西储大学物理学家

　　大爆炸巨大热量产生的辐射，一直充塞着整个宇宙。空间探测器已经绘制出了这种宇宙微波背景辐射(CMB)在整个天空中的分布图，并发现除了一些小的随机涨落外，该辐射是极其均匀的，与大爆炸理论的预言完全吻合。这种平滑性意味着早期宇宙本身也是均匀的。但我和合作者通过分析却发现，天空的相对两侧之间存在着对称性过剩(excess of symmetry)，另外，按理论推测本应在天空中延伸达60多度的最大涨落也不见踪影。精彩文章:贝尔米兹鬼脸 徐树铮 未来世界 垃圾岛