如果在以中国农民发明光速飞船行的飞船里面生活,生命会长生不老吗

帮写篇有关时间的作文啊
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题目是:假如时间可以倒流 谢谢大家!!
我们知道,地球和其它星球的距离,一般用光年来计算(光在1年中所走的路程)。例如,天狼星距地球有8.7光年,按一般理解,即使乘坐光速飞船,往返一次也要17年以上,如果到距地球200万光年的仙女座去旅行一个来回的话,就要用400万光年。对于我们人类来说,星际旅行简直不可思议。
  但事实上并不是这样,当飞船的速度越快时,时间流逝得就越慢。当速度达到光速的99.%时,坐在飞船上的你,无论心跳、呼吸、消化及思维,都比平常慢7万倍,所以对于你本人来说,到天狼星观光旅游一次只不过用了两个多小时而已,可在地球上的亲友,就必须在17年后才能看到你胜利地从天而降,真可谓“天上方数日,世上已千年”呐!
  根据同样的道理,当飞船的速度达到光速时,时间就会完全停止,人的生命便可无限延长下去,这就是爱因斯坦的相对论原理。古人认为上了天便可长生不老,在今天看来,并不是一点道理也没有,或许有朝一日能成为事实呢。
  那么,当飞船的速度超过光速后会发生什么情况呢?试想有一艘超光速飞船,到数千万光年远的星球上去,又假如飞船上有一只特制的望远镜,能清楚地看到地球,那么当飞船以超光速飞行时,便会掠过地球在20世纪发出的光象,就像火车超车一样,追上19世纪的事情,再往前飞行,不仅可以看到三国时刘关张桃园三结义的情景,而且可以追上7000万年前古老地球发出的光象,重睹恐龙称霸地球的白垩纪。
  以上只不过是一种假想,事实上超光速所产生的情景,我们现在是无法想像的,我们只是从相对论原理得知,时空可以转换,当速度小于光速时,飞船在空间中飞行,跨越的是空间,当速度大于光速时,时间和空间转换,时间变为空间,空间变为时间,飞船就由空间进入时间,在时间中飞行,而跨越的也就是时间了,这样一来,奇迹就会出现,我们不仅能飞回到过去,而且也可以跨越未来,这便是时空转换的奇妙。
  自爱因斯坦的相对论问世以来,人们普遍认为宇宙间的一切速度不可能超过光速,如果一个物体的速度达到光速,那么物体本身的质量就会变得无穷大,换句话说,超光速物体不可能存在。可是近年来,科学家们在太空已发现了神秘的超光速质点,果真如此的话,我们对一切宇宙现象就要重新认识了,超光速飞行也就有可能从幻想变为事实。
参考文献:http://ks./question/9.html
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如果人在一架以光速飞行的飞船上,以光速飞行,
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如果人类已经发明光速飞行,自然已解决在飞船上生存的问题.当然这现在是无法实现,原因系“物体拥有质量,是无法以光速移动.根据爱因斯坦的着名方程序,随着移动速度越来越快,物体的质量也会不断增加.随着移动速度接近光速,物体质量将变得无穷大.换句话说,一粒灰尘以光速飞行时将拥有无穷大的质量,此时此刻,需要借助无穷大的能量才能让这粒灰尘以接近光速的速度移动.查看原帖>>
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扫描下载二维码因为速度是相对的,爱因斯坦提出的想对论就提出了这一点,光也有速度,如果有东西的速度超过了光的速度,那么,它将比光更早一不到达目的地,也就是我们所说的超时空了。我们生活的只是宇宙的一小部分空间。其实同一地点(实物)存在许多空间。而光速就是 这些空间的界线。
因此,只要超
因为速度是相对的,爱因斯坦提出的想对论就提出了这一点,光也有速度,如果有东西的速度超过了光的速度,那么,它将比光更早一不到达目的地,也就是我们所说的超时空了。我们生活的只是宇宙的一小部分空间。其实同一地点(实物)存在许多空间。而光速就是 这些空间的界线。
因此,只要超光速就可以穿越时空。我的回答还满意吗?
全部答案(共30个回答)
你知道太阳帆吗?有一个计划,是让太阳帆飞到老远去找外星人的。那么这个太阳帆是怎么启动的呢?原来,它是用帆来反射、吸收太阳射出的物质,这样慢慢慢慢,太阳帆便会加速,甚至可以以十分之一光年的速度运行。假如让它加速、加速、加速、那么,过好一会,便可以超光速啦!那么不是可以穿越时空嘛!虽然某些理论给超光速飞行打了死刑,但是外星人都可以制造出来的,同一个宇宙的人怎么不可能造出来?!不过好像很难控制啊!朋友,继续努力!
有关超音速有好多种观点的,还有一种是,我平时也做过实验。就是。在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。我曾经想过这样一个问题那是敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,因此不可能超过光速。(一个有趣的问题是,竖直地拎着一根棍子的上端,突然松手,是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落?答案是上端。)你觉得呢???这些只是我的理解。不知你是怎样的?希望我的回答能对你有一定的启发。
如果使用超光速,我认为一定能够穿越时空!可如何实现超光速?我的假象是不能实现的;所以超越时空的也难实现.有网友的试验正在进行,可能没到光速前一切顺利,可接近光速了,你有何感想?有个名人说:只要有支点,他可撬起地球!可会不会有那个支点?如果有那支点,他到达那个动力点需要多长时间?可能人已经不存在了;到了力点,还在地球上吗?他如何使力?杠杆定律,在地球上是成立的,脱离了地球还成立吗?齿轮的加速度在远远低于光速的时候可以成立,接近光速是否还能成立?许多所谓的真理,那是在一定的条件下成立的:牛顿的经典力学,在低于光速时是真理,而接近光速时,只有相对论可以解释.以上是我的拙见,如有不当之处,请各位网友指正!谢谢你的提问!
现代物理学中,光速不变和光速最高速是基础。换句话说,当前科技条件下,超光速被认为是不可能的。如果能够证实超光速物体的存在,那么整个物理学都需要改进了,如同爱因斯坦对牛顿物理学的改进一样。在这种情况下,讨论超光速,是不大容易的。相对论的基础之一纽伦兹变换中约定了光速不可超越和光速不变。换句话说,如果考虑超光速情况,那么纽伦兹变换就必须做出合理的改进才可以。如果有人能够提出超光速的变换模型,并得到科学界的认可,那么毫无疑问,当年的诺贝尔物理学奖肯定是他的。
曾经看到过一篇报道,好像就是解释这个内容的。爱因斯坦有个观点,时间和物质是两个基本物质,当他们满足某种要求的话,就可以相互转换,达到光速或者超过光速就是其中一个条件。举个例子,一段铁棍,当它在真空中,以光以下的速度运动的时候,他不会发生任何变化,但是如果它达到甚至超过光速,它就会发生两个变化,一个是质量增加,一个是体积缩小,那么,增加的质量来源在哪里呢?给出的答案就是时间,时间是有质量的,在光速条件下,时间转换成了物质,从而使物质发生变化。由于,时间转换成了物质,所以达到光速后,对于光速运动的物体来说,时间非常缓慢,几近于静止。这就给出了穿越时空的理论依据,当一个人以光速运动的话,而地球也在正常运动,这就有了时间差,而且非常大,如果这个人运动了1个小时,地球有可能已经过了几年,甚至几十年。对于这个人来说,他来到的是未来,而不是他的现在。(宇航员要比地球生活的人衰老的缓慢就是这个道理,速度约快,时间越慢)至于时间逆转,也是相同的道理,时间是物质,当然也在运动,通常情况下是按照一定顺序来运动,当一个人以追的上时间的速度(光速),按照相反的方向运动的话,时间就发生了逆转,他回到的就是过去。还有一种说法,时间的运动是一个圆周运动,就像足球场上的跑道,通常情况下,时间和物质是按照相同的速度并行运动的,当一人以足够快的速度运动,他就有可能超越时间和物质的运动,来到未来,如果这个人足够快,他在超越后,会又追上时间和物质(圆周运动),这个时间和物质就是过去的时间和物质,也就是我们说的回到过去。从理论上讲,地球上会存在时间空洞,也就是穿越时空的地方,这些空洞形成的原因就是在偶然的情况下达到了某种条件,例如时间漩涡,导致速度达到光速。
在现代物理学中,光速不变和光速最高速是基础。换句话说,当前科技条件下,超光速被认为是不可能的。如果能够证实超光速物体的存在,那么整个物理学都需要改进了,如同爱因斯坦对牛顿物理学的改进一样。在这种情况下,讨论超光速,是不大容易的。相对论的基础之一纽伦兹变换中约定了光速不可超越和光速不变。换句话说,如果考虑超光速情况,那么纽伦兹变换就必须做出合理的改进才可以。如果有人能够提出超光速的变换模型,并得到科学界的认可,那么毫无疑问,当年的诺贝尔物理学奖肯定是他的。
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物理里的时光倒流 科学家们曾一度研究存在超越光速的可能性,幻想着有一天能够造出超光速运动的火箭来。这样,人们只要乘上这种火箭,就可以追上地球上发出的光信号,从而看到地球上过去发生的事情。这意味着在超光速的条件下时间将会倒流,人们将先过明天,再过今天,然后再过昨天。或者说,一个人先为老翁,再当青年、少年,再变成婴儿。这种现象对于生活在我们这个物理世界中的人是难以想象的。
大家知道,如果在以声速飞行的喷气式战斗机上发射一枚导弹,它相对于这架飞机的速度也相当于声速,那么,在地面上的人看来,这枚导弹将以两倍于声速的速度向前飞行。这是根据经典物理学速度合成公式得出的结论。但是,如果在以光速飞行的火箭上发射一束光,那么,这束光对于地球上的观察者来说,是否会以两倍的光速向前传播呢?这个问题曾一度使科学家大伤脑筋。直到上个世纪末,美国科学家迈克尔孙和莫雷合作进行了一个著名的实验,才使这个问题有了基本明确的答案。他们证实了这样一个重要结论:光在真空中的速度永远不变,不管在什么观察系统里测量它,也不管发射光束的光源是否在运动都一样。这说明光速是我们目前所知的自然界速度的“绝对冠军”,是运动速度的极限。因此,时间永远也不会倒流。
爱因斯坦就是在这个光速不变原理的基础上,并辅之以运动相对性原理,从而创立了狭义相对论,开创了物理学的新纪元。
物理里的长生不老
多少年来,人们一直在寻找一股神奇的泉水。据说喝了这种泉水,人可以长生不老,永保青春。但是,无论是至高无上的皇帝还是修炼有术的道士,都没有实现这一愿望。到了科学日渐发达的19世纪,希望似乎已经破灭了。
20世纪,这个秘密却意外地在相对论中被发现了。它与吃、喝以及呼吸完全没有关系,通向青春之泉的路就是快速地行走。爱因斯坦认为,这种行走的速度要接近光的速度!为了说明其中的奥秘,他讲了这样一个故事:在未来的某一个时间,有一对20岁的双生子,参与了一项宇宙航行计划。双生子中的一人乘宇宙飞船到非常遥远的地方去旅行,并以每秒29万公里的速度飞行;另一人留在基地进行观察。50年以后,留在基地的人变成了一个弯腰弓背、白发苍苍的老人,当他去迎接回基地的兄弟时,发现弟弟还是一个30多岁的年轻人!这就是说,虽然地面上的时间已经过去了50年,但对弟弟来说,却只是过去了十几年!
狭义相对论向人们表明,在高速运动中钟表将放慢脚步。其实,人体本身就是一只活的钟表,当人以接近光的速度运动时,心脏会跳得很慢,其他生理过程也放慢节奏,也许消化一顿饭的食物要经过一年时间,两顿饭之间要经过若干年时间。由于生理过程速度减小,年龄增长就慢得多了。因此,在狭义相对论的数学方程式中,存在着人们梦寐以求的青春之泉。
羽绒服和电风扇 看到这个题目,你一定觉得很奇怪吧,羽绒服是保暖的,电风扇是散热的,这二者有什么联系呢?可是,如果你知道羽绒服是如何保暖的,电风扇又是如何散热的,你就知道它们有什么联系了。那么为什么羽绒服会保暖,电风扇会散热呢? 在寒冷的冬季,大家都穿上了棉衣或者羽绒服,目的就是为了防寒保暖。可是,你要是以为是棉衣和羽绒服把热量给了人体,那就错了。我们可以用冰棍做个实验,在棉被里包一根冰棍,另外拿一根冰棍放在盘子里,等盘子里的冰棍融化以后,再打开棉被,你会发现棉被里的冰棍没有融化。这说明,棉被不但没有给冰棍加热,还防止了外面的热景传给冰棍哩!那么,人穿上棉衣为什么会感到暖和呢?我们知道,人体的正常温度是37℃左右,如果外界温度低于人体的体温,人体就要向外散热,热量散失多了,人就会感觉到寒冷。冬天,为了防止人体热量过多地散失,就得找一些传热慢的物质,把人体包裹起来。经过实践,人们了解到,棉花、羊毛和羽毛等,都是很难传热的物质,它们蓬蓬松松,纤维之间有数不清的空隙,装着大量的空气。静止的空气传热是很慢的,用这些东西做成服装穿上以后,能防止人体热量过多地散失,所以人就感到暖和了。
在炎热的夏季,吹吹电风扇,就会感觉凉快一些,这是为什么?难道电风扇能降低温度?可当电风扇转着的时候,你看看温度计,会发现温度并没有降低。即使把温度计放到电风扇前去吹,温度也不会变化。那么,为什么我们在吹电风扇的时候,会感到凉快呢?
原来,我们的身体在夏季,还是要散发热量和水分的,这些水分在蒸发的时候,会带走身体的一部分热量,这时我们就感到凉快。在冬季,人们怕热量散失,所以要穿羽绒服。而在夏季,吹电风扇,一方面是为了加快空气的流通,赶走罩在身体附近的热空气,让周围的冷空气过来补充;另一方面是为了使身体的水分蒸发加快,因为蒸发越快,身体散失的热量也越多,也就感到凉快。
可见,穿羽绒服和吹电风扇,虽然目的是相反的,但是原理却是相同的。 三亿文库包含各类专业文献、中学教育、文学作品欣赏、外语学习资料、生活休闲娱乐、应用写作文书、高等教育、18物理中的时光倒流,长生不老等内容。 
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本文经授权转载自微信公众号 一席(yixiclub),文章略有编辑改动。
王立铭,浙江大学生命科学研究院教授,生于1983年的神经生物学家。
宇宙的半径是四百六十亿光年,这和人类的寿命之间的鸿沟还是非常非常大,大概有八到九个数量级。但是至少在我们周围已经发生了一些科学进展和科学发现,能够一点一滴地但是坚定不移地帮助我们弥合这两个巨大的数量级的差异的鸿沟,最终有一天可以实现把人类送向星际远航,送向人类社会最后的远方。
星际远航中的生物学
本集演讲与《知识分子》合作呈现
今天我希望能够用半小时的时间,大概颠覆一下大家对生物学家的刻板印象。因为我今天要开一下脑洞,讲一个脑洞大到可以用脑残来形容的科学话题——星际远航中的生物学。我今天半个小时中要讲到的科学,严格意义上讲没有任何一点在今天的地球上存在。但我希望讲完之后你们中间有一部分人可以相信,在我们的有生之年,我们可以等到这些东西的实现。
首先要先讲我们话题的背景:星际远航。举几个非常简单的里程碑。大概在几十年前,我们已经把宇航员送到了离地球最近的星体——月球。月球离地球38万公里,先后有12个人类的英雄,把自己的脚步踏在了那颗星体上。
又过了20年,我们把人类仰望星空的边界提高了两个数量级,达到了差不多几千万公里。比如火星,我们在1996年把火星探路者号——一个航天器送到火星表面。这就是火星探路者号为我们送来的火星表面的照片。当然目前我们还没有技术水平把一个真正的宇航员送到火星去。
又过了差不多20年,我们人类又把仰望星空的距离扩大了两个数量级,达到了差不多几十亿公里这个尺度,这次是冥王星。我们现在还没有能力送一个航天器到冥王星的表面,但是我们可以送一个航天器从几万公里的高空帮我们送回冥王星表面的照片。
看到这几个里程碑,大家可能有一个非常乐观的感觉,就是如果我们真的能够每二十年都把人类的目光扩大两个数量级的距离,没过多久我们大概就可以把整个宇宙都探索遍了。我这样说是乐观不切实际的,至少从科学角度是这样的。我们知道,即便是几十亿公里这个尺度,对于一个人类个体已经很大,但是对于整个宇宙来说实在是太小太小了。在几十亿公里之外呢?说实话目前很大程度上是无能为力的。但是人类的想象力可以带我们去那些地方。我是一个特别资深的科幻迷,所以我就用科幻小说中的意境来带你们走到那个地方。
比如把我们目光的尺度放大到银河系之外,那大概我们谈论的就是百万光年了。比如说在我特别喜欢的另外一个科幻作家的《猎犬号宇宙飞船》这篇小说里,我们可以看到对三角座星系那里来的文明的讨论,那差不多就是几百万光年以外的事情。如果我们把这个逻辑继续地推演,我们可以看到大量的科幻小说的意境是设置在一个最广袤的背景上的,那就是整个宇宙。
我们整个可观测的宇宙的半径差不多有几百亿光年,当然你会问:如果按照刚才人类那种指数式地扩大自己的探索的边界的方法,460亿光年也没什么了不起的啊?但是我请大家想另外一个数字,那就是每个人的生命差不多只有70—80年。我们可以抛开光年和年这两个量纲的区别,仅仅看460亿这个数字和70—80两个数字,会马上意识到这中间有差不多八到九个数量级的差别。
我不知道看到这两个数字的差别大家会怎么想,但是我看到这个数字的时候,第一个想法就是《庄子》上一句特别有名的话:“吾生也有涯,而知也无涯,以有涯随无涯,殆已”——作为一个卑微的人类,我一个七八十年的寿命,怎么有可能有能力或者甚至是有时间探索460亿光年以外的宇宙?
今天我要讲的事情,就是在这个八到九个数量级差别的基础上,我们现代科学到底走到了哪一步。我们在座的所有观众的有生之年,能看到人类的文明走到哪一步。
我们有一个办法把无涯的知和有涯的人生弄得更近一点,那就是把有涯这件事变得更近。比如说下面是两个科幻小说和电影里特别容易出现的意境:一个叫近光速飞行。它基本上就是利用爱因斯坦的狭义相对论,把人类的航天器加速到非常接近光速的水平。依据狭义相对论的原理,飞船上的时间会流逝得比地球上的时间慢得多得多。这样我们就有可能在一个人类的寿命极限里,把一个飞船送到整个宇宙的边界里去。这是一个科幻小说里非常常用的意境。
另外一个非常常用的意境就是所谓的时空跃迁。这个概念可能很多人都听说过,这是利用人类已知的物理学,就是爱因斯坦提出的广义相对论。我们可以利用引力来扭曲时空,使得人类在三维时空里可以以一个难以计量的速度从A点达到B点。
当我想到这两个场景,或者说当我反复地在科幻小说、电影里看到这两个场景的时候,作为一个生物学家我会觉得有点自卑。同时作为一个资深的科幻迷,我又看到狭义相对论和广义相对论,或者说更广义的物理学在人类的想象力中发挥了如此重要的功能。所以我经常问自己一个问题就是,生物学在人类探索宇宙边界的过程中能起到任何作用吗?
直到后来,一方面我自己想通了,一方面我在更多的科幻作品里看到了类似的意境。所以我后来终于坚定了信心,可以骄傲地做一个生物学家了。我在这儿想讲的就是生物学到底有什么办法让有涯和无涯更贴近。
我先列举四个方法,其实也曾出现在科幻作品里。第一个就是人类冬眠。如果我们能够把人直接速冻起来,就可以把人的寿命延长到几乎无限的水平。因为人在冬眠的过程中其实是不进行新陈代谢,他的寿命是不算在内的。
第二个方法就是长生不老。如果有一个生物学的方法能让宇航员长生不老,或者说极大限度地延长他们的寿命,那么当然人类宇航员探索的宇宙的边界就会变得更大。
第三个是世代繁衍。抛开冬眠和长生不老,我们就把飞船变成一个小社会,让宇航员在上面世代繁衍,那么我们也有可能极大地扩展人类在宇宙中的疆界。
最后一个可能听起来最科幻,但反而是和我的研究最相近的,就是意识的存储和解读。既然我们认为人和动物的区别主要在我们这颗大脑,它能思考、能产生各种各样新奇的想法,制造出各种各样新奇的机器,那我们干脆就把人脑拿出来切成薄薄的片,然后用照相机拍照之后存在宇宙飞船的电脑里。电子信息存活的寿命肯定要比人长得多,等到飞船到了目的地之后,我们再根据这些信息还原出一个人类大脑来。这样是不是就可以扩展人类探索宇宙的尺度了呢?
当然,这四条中至少后两条在目前人类的伦理里是不可能的。我们不可能把人像猴子一样关在飞船上,让他们世代繁衍就为了探索宇宙。我们也不可能把一个活的宇航员脑袋拿出来切成片,就为了把他的意识发射到几光年几十光年之外的星体上去。今天我要讲的主要是前两条:冬眠和长生不老。
首先是冬眠。冬眠是很多科幻小说的场景。这个是阿凡达里的一张截图。大家可能都知道,为了把宇航员和工人都送到Pandora,所有的人是要在冬眠中度过整个航程的。
这里我要讲几个小故事,第一个故事是关于虫子的。这是一个非常小的虫子,它的名字叫秀丽隐杆线虫,它的尺度大概只有一毫米那么大。这段录像中有三条虫子。大家可以很明显地看到,中间这条虫子看起来最活跃,它的身体表面最光滑,运动能力也最强。左边的这条虫子有一些些微的动作,它的表面也还比较光滑。但是右边的这条虫子看起来就已经基本上丧失了生命力,它基本上没有任何运动,体壁也开始有萎缩和褶皱的痕迹。
其实就和大家想的一样。中间这条虫子是1天大的虫子,所以它特别活跃,像人的青春期一样;左边这条虫子是成年期的虫子,大概一个星期大;右边这条虫子是一个20天大的虫子,基本上濒临死亡,走到了它生命的末期。
大家可以很明显地看到,虫子也有一个很明显的衰老和死亡的过程。在这种虫子中有一个特殊有趣的现象是人类没有的——“冬眠”,这个吸引了很多动物学家的注意。因为这种虫子不是在冷的时候进入这种状态,反而是在特别热的时候进入这个状态。当它检测到热了之后,它会觉得这是一个不适宜生活的环境,就会立刻进入到一种“冬眠”的状态里。就是图片上右边放的这条虫子。它身体会变得非常细长,停止一切的进食活动和新陈代谢,就像死了一样。但是这条虫子可以在严酷的环境下生存大概四五个月,而正常时候它的生活史只有两个星期,最多三个星期。
大家可以看到,这么简单的一个虫子面对比较危险比较恶劣的环境的时候,也可以采取某种措施关停自己的新陈代谢和衰老,极大地延长寿命。所以大家就有一个幻想,如果我们真的能研究清楚这个虫子到底是怎么进入这种伪冬眠的状态,那么对我们人类的冬眠是不是有什么帮助呢?
下面大家可以看到一些英文的名词,这些箭头就像一个公司的汇报线或者说生产线:一个蛋白质控制另外一个蛋白质,又控制第三个蛋白质,最终使得虫子进入冬眠或者离开冬眠。我可以简单地解释一下:
大家都知道生物的性状、遗传信息都存在我们的DNA里。比如说人类大概有两到三万个基因在我们的基因组里,这个简单的虫子也差不多是有两三万个基因在它们的基因组里。我们可以很有信心地说,控制冬眠这件事的所有蛋白质,都是它的DNA中间的某一段所决定的。所以一个简单粗暴但是非常有效的方法是,我们随机地把基因组上几万个基因一个一个给破坏掉,然后再把这个虫子放到适合冬眠的环境里。如果这个时候虫子就失去了冬眠的能力,那我们立刻就可以知道被破坏掉的那个基因、那段DNA恰恰就和冬眠相关。理论上,利用这种方法是可以帮助我们把虫子冬眠的所有生物学信息都找出来的。这是我想讲的第一个故事。
当然了大家听了这个故事之后可能会立刻有一个反应:我相信你们生物学家可以把虫子冬眠搞清楚,但是这个事儿实在太简单了,而且它的冬眠和人类有非常大的区别,包括引发冬眠的温度都不一样。我们怎么知道你研究的虫子冬眠和人的冬眠会有关系呢?
所以这儿我要讲第二个故事。我们可以把目光从特别低等的虫子往上挪一挪,挪到至少是一个哺乳动物。这个动物叫北极地鼠,它差不多生活在北极圈附近,像阿拉斯加、西伯利亚这个地方。北极地鼠是一个特别善于冬眠的动物,它一年差不多有七个月的时间是在深达几米的地洞里冬眠。在北极圈里难得的夏天,它就会疯狂地吃东西、储存脂肪,疯狂地交配传递后代。直到有冬天的信号来临之后,它马上就会到地洞里去冬眠。
长久以来大家其实并不知道这个动物到底是怎么冬眠的,因为它冬眠的地方实在是太特别了。它要挖一个非常深的洞,那个洞人类科学家是进不去的。如果你真的挖一个洞到那个地方去,你就会破坏掉它冬眠的环境,我们也就不知道它到底是怎么冬眠的。直到几年前,大家想了一个其实技术含量也并不是特别高的方法:在北极地鼠的皮下植入一个很小的芯片,这个芯片可以监测它的各种生理指标,再把它放回到日常生活环境里看它是究竟是怎么冬眠的。
我们马上发现了一个特别有趣的现象,就是这张图上展示的。这张图的曲线展示的是北极地鼠的体温在一年中不同的月变化的轨迹。大家可以看到在这个线左边这一部分是北极圈内的夏天,也就是从每年五月到每年九月这段时间,北极地鼠的体温很好地维持在差不多四十度的幅度里。这基本上也是比较小型的哺乳动物维持的比较正常的体温。大家可以看到,当冬天的信号来临,差不多就在九月底十月初的时候,当北极地鼠进入冬眠之后,它的体温会马上从四十度降低到零度附近,只有三五度的样子。这个过程会一直持续到第二年的四月,这是整个北极地鼠的冬眠过程。
从这个体温的变化中我们马上就看到两件很有可能会对人类冬眠也非常有意义的事情。第一,北极地鼠甚至可以把自己的体温降到零度以下,就是在这条曲线的右边从一月到四月这部分。换句话说北极地鼠的体温已经降到冰点以下。那么我们马上就可以问一个问题:既然降到冰点以下为什么北极地鼠没有结冰。大家知道结冰对于生物体来说是一个非常严重的事情,因为水变成冰体积会膨胀,我们所有的细胞都会被体积增大的冰给撑破、刺破,这对于冬眠来说是一个致命的问题。北极地鼠为什么可以避免这件事情?我们现在对于这个事情已经有一点点了解。比如说我们知道为什么北极地鼠的血液降到零度以下还不结冰,是因为它的血液中含有非常高浓度的糖和盐,这样的话北极地鼠的血液也就不会结冰了。这个就像大家可能知道一个现象叫“过冷”:比如冬天的时候洒水车为什么在冰点以下还可以继续洒水、除地上的冰,是因为它把盐撒在了冰上,这个时候水的结冰的点就会明显降低。这是第一点可能对人类冬眠很有提示的地方。
第二,大家可以看到在整个冬眠的过程中,北极地鼠的体温并不是一直在零度附近的。大概每隔半个月左右,它的体温就有一个短暂的回升,升到差不多四十度。我们现在其实还不是完全理解为什么北极地鼠要做这样的事。但是我们相信它一定有这样做的道理。现在有很多假说来解释这件事,其中之一是说长时间的冷冻对任何生物体,哪怕是北极地鼠这种冬眠专家来说都是不好的,因此为了保证它的肌体在长时间的低温中不会被冻坏,它需要周期性地短暂地回复体温,修补它的身体的器官,制造一些新的蛋白质,保证它的新陈代谢是能够正常进行的。这一点对于未来我们想要开发人类冬眠的技术来说可能也是至关重要的,因为从这一点上我们就知道如果把人一直冻在低温里,很有可能是没法实现人类的、健康的、可逆转的冬眠的。
当然,听了这个故事你可能又会问:你把一个小老鼠的冬眠研究得那么清楚,对人类可能也没什么帮助啊,因为老鼠和人在进化史上的区别还是非常大的。所以我要讲的第三个小事情是一个冬眠的灵长类。
大家知道它和人同属于灵长目,亲缘关系要比小老鼠近得多。这种比较萌的动物叫肥尾倭狐猴,看起来当然和人没有任何相似之处,但是它的亲缘关系还是非常接近人的。它是目前人类唯一知道的一种在天然条件下能够冬眠的灵长类动物。比较有趣的是这种动物并不是生活在北极圈或者南极圈里,它是生活在靠近热带的地方——马达加斯加岛上,所以它的冬眠听起来也有点可疑。
但实际上下面张图希望能够证明它的冬眠是毋庸置疑的。当马达加斯加进入冬天之后——当然马达加斯加冬天的气温差不多也有20—30度的样子——这种倭狐猴就可以进入冬眠。在进入冬眠之后,它的体温就可以随着当地昼夜的温差变化而变化,就是这条红线演示的。中午的时候温度最高,差不多有三十四五度;晚上温度最低,差不多有二十度左右的样子。这个红色就是它体温变化的曲线,和灰色的环境温度变化的曲线是完美地吻合的。换句话说,这种动物在进入所谓的冬眠之后,是不消耗任何能量来维持体温进行新陈代谢的。所以这个结果就告诉我们一件事:也许把人类这种处于进化树顶端的灵长类的动物进入冬眠期,并不是一个理论上完全不可能的事情。因为至少我们有一个近亲肥尾倭狐猴是可以冬眠的。
另外还有一个特别有趣的发现,就是这种倭狐猴有很多亲缘关系比较近的猴子。在这几种动物之中,肥尾倭狐猴的寿命是最长的,可以活到三十几岁,其它动物只能活十几岁。大家觉得它之所以能特别长寿的原因,就是因为它一年中有半年时间是在这种所谓的冬眠中度过的。这也给了我们一些信心:如果我们真的能把人类放入冬眠,那确实是可以有效地延长人类有限的生命。
如果有质疑精神的观众可能会问这样一个问题:你从虫子讲到猴子,所有的故事讲的都是天然状态下它本身就已经会冬眠的例子。我们把这些东西研究得再清楚,难道就能用那些知识把人放到冬眠里吗?我们又不可能为了星际远航制造出一些能够冬眠的转基因人来做宇航员。所以在这儿我想讲两个很小的故事,希望能部分地解答这个疑惑。
第一, 是一个小白鼠的故事。我们知道小白鼠是不会冬眠的,从出现这个物种到今天就没有出现过任何一次冬眠。
但是在2005年的时候,科学家在实验室里第一次诱导出了类似于冬眠的状态。他们把小白鼠关在一个很小的塑料饭盒里,然后给它吞非常低浓度的硫化氢气体。这个气体大家可能有人知道,就是一种鸡蛋腐烂之后散发出那种臭鸡蛋的气味,如果浓度特别高是有毒的。但是这组科学家发现,把非常低浓度的硫化氢吞给这个小鼠之后,会看到下图U形曲线展示的那样:这个小老鼠的体温会瞬间从正常条件下的四十度,降低到只有十五度左右的范围,而且可以持续长达六到八个小时。同时这些小老鼠对二氧化碳的消耗——换句话说,就是它新陈代谢的水平也降到了只有原来百分之二十左右,也可以持续大概六到八个小时。
这段时间结束之后,我们做了一系列的工作来验证这些小老鼠的健康状况。没有发现出现任何明显的健康问题。换句话说,这个实验证明,也许我们可以想出一些外在的环境的刺激因素,使得那些本来压根就不能冬眠的东西进入某种条件下的冬眠。既然小老鼠能这么做,也许人也可以这样做。
因为伦理和技术手段的限制,我们现在没有任何办法把真的人拿来做刚才我说的所有实验,研究哪种方法可以让人进入冬眠。但是有这样一个故事,我想留在这儿告诉大家。图上这位帅哥叫打越三敬,他是日本神户人。有一年秋天,他和朋友们到神户附近的风景名胜六甲山去踏青。在踏青回来的路上他擅自脱队,从一个悬崖上摔了下来,摔伤了脊椎。所以他没法自己呼救,也没法走回出发的地方。
当然接下来这部分是他的自述,我们不能保证百分之百真实。他说在经过了一天的饥饿之后,太阳晒在他身上他觉得暖洋洋的,不知不觉之中他就睡过去了。22天之后,一组人类的救援队在同样的山谷里发现了他。那个时候他的体温已经降到22度,基本上没有任何呼吸和心跳。但是经过医院的护理之后,他没有出现任何健康问题顺利出院了。换句话说,我们有理由相信在过去那22天被困在山谷里的时候,这个叫打越三敬的日本中年人有可能进入了一种类似于冬眠的新陈代谢率极低、对营养和氧气消耗极低的这么一个类冬眠的状态。
说老实话,打越三敬的例子是我能从主流媒体上找到的唯一一个我自己比较相信的人类冬眠的例子。这个例子也给了我很多信心,使得我相信也许有一天,我们真的可以把刚才我说的那些不管是虫子、小老鼠或者是猴子实验中得到的关于冬眠的研究成果,最终放在人身上用,激发出人类身体里那种可能存在的能让人进入冬眠的潜能,利用冬眠来实现我们对时间和空间的跨越。这是我要讲的第一个故事。
长生不老是另外一个科幻意义上可以帮助我们跨越时空的方法。我们如果能让宇航员从不衰老,或者让宇航员从活七十岁八十岁,变得活两百岁三百岁、两千岁三千岁,那么宇航员驾驶的宇宙飞船当然就可以带领人类走到更远的宇宙边疆去了。不过首先我得泼一番冷水:长生不老这个话题,很有可能在人类已知的生物学理论框架上不可能像冬眠实现得那么彻底。因为如果我们仅仅看地球生物圈上生物的寿命,会发现有非常大的差别。
下面展示给大家的是两种生物,左边这个小虫子叫蜉蝣,大家可能听说。这种动物羽化成为成虫之后,一般只有几个小时到一两天的寿命。因为它的成虫既不能吃东西也不能消化东西,它生存的唯一目的就是繁殖后代。右边展示的是一种叫北美颤杨的植物。一棵北美颤杨可以通过地下根繁殖出整整一片森林来,目前推测这种颤杨最多可以活六到八万年。
这两种生物一对比大家会发现,就像一开始我们那个对比一样,仅仅是在地球生物圈里,不同生物的理论寿命之间的差别可以大到八到九个数量级。这个数量级的差别告诉我们一件事:寿命这个东西大概是生物的一个内在属性,它是漫长进化史形成的,我们不太可能通过改变环境、改变生活习惯或者吃两个药片就把它提高几个数量级。这个可能性应该是非常小的。但这也不意味着对于寿命,或者说对于长生不老我们不能做任何事情。有一个例子可以展示给大家看。
现在人类生物学的研究告诉我们,比较确凿无疑的可以显著延长寿命的方法可能只有这一个:少吃。这是一个从最简单的酵母,到比较复杂一点的虫子和果蝇,再到更复杂的小老鼠和猴子,甚至到人都有可能存在的一个延长寿命的机理。
这个图里展示的是2014年威斯康辛大学的一个研究成果。在这个图里关了两只猴子,大家可能很明显就看出来哪只猴子比较健康。左边正在爬来爬去的猴子,不管是从毛发的光泽度、脸上的褶皱甚至从它的眼神,大家都可能觉得它明显要年轻健壮得多。而右边这个猴子明显就是老态龙钟,可能已经进入老年期了。其实两个猴子年龄差不多。左边那个猴子是27岁,右边那个猴子29岁。它俩的区别是,和右边那个猴子比,左边这个猴子在生活史上一直仅仅吃到七分饱。当然作为一个生物学家我必须得强调,关于少吃是不是真能长命这个事情,在人类社会里还没有做最严格的那套实验,我们现在知道比较确凿的最高级的动物就是猴子。
如果我们确凿无疑地知道少吃能长命,就可以有这样一个假设:少吃之所以能长命,是因为它影响了我们身体里某些基因、某些蛋白质的功能,最终导致长命这件事;所以如果我们能够更好地理解少吃是通过什么样的生物学基础使得我们长命,我们就可以设计其他的方法绕开少吃这件事,直接实现长命了。
举两个简单的例子给大家。第一个例子还是跟虫子有关。在这个图里我们展示的是两种虫子,两种虫子都是差不多二十天。第一个图里虫子是正常的虫子,基本上没有任何挪动的痕迹,已经在等死的状态。第二张图中这个虫子,至少从运动轨迹上看应该还是生龙活虎的比较年轻比较高兴的状态。为什么是这样?因为它身上携带了一个基因的突变型,这个基因是和胰岛素的合成有关系的。这个事情为什么和少吃有关系?因为我们已经知道少吃之所以能够延长寿命,是和我们体内的胰岛素的蛋白质的功能和活性有关系的。所以这个例子就告诉我们,如果我们真的能够理解少吃为什么长寿,就可以有意识地改变动物甚至是人类的基因组,使得动物和人可以有效地延长寿命。
当然你可能说在人身上做遗传操作有悖伦理,那么还有一个可能更聪明一点的方法是,我们也许可以设计一些药物,改变这些能够和长寿相关的蛋白质和基因的功能和活性,在体内模拟出少吃的状态,使得我们能活得更长一点。这个还已经真的不是天方夜谭了。我所说的寻找“长寿仙丹”的任务,已经基本上在我们身边发生了。
下面这个图上说到的是两种小分子的药物。第一种,大家如果对糖尿病比较熟悉很有可能听说过它。它的名字叫二甲双胍,是目前全球糖尿病人的一线首选用药,可能全球每天都有几亿人在常规吃这个药物保持健康。因为它是治疗糖尿病的,它的作用机理显然是和胰岛素相关的。而我们已经知道,胰岛素是和少吃导致长寿的这个过程相关的,因此就有很多人猜测,如果给健康人吃这种治疗糖尿病的药物,是不是就可以有效地延长寿命。这个已经不是科幻,已经在现实中发生。目前已经有几个临床实验在招募健康人,让他们定期服用二甲双胍这种药物,看看是不是可以有效地延长他们的寿命。
第二种药物看起来结构要复杂很多,它的名字叫雷帕霉素,听起来也要比二甲双胍小众很多。它是一个用在器官移植的病人身上的一个免疫抑制剂,可以有效地抑制器官排斥。雷帕霉素是在真菌里发生的一种药物,人们发现它也可以影响另外一种能够响应少吃使动物多活一段时间的一个蛋白质。
以此类推,大家也会猜测如果我们吃了这种药物之后,是不是也可以活得更长一点。我们目前已经有足够的证据证明,在一些比较大的动物比如说大鼠身上,如果服用这种药物之后,确实可以让这种动物多活大概10%到20%。对于人来说,这已经是一个非常显著的提升了。而且更妙的是,这种药的一个好处是我们不需要从出生那天开始吃,从衰老的那天开始吃也许就可以实现寿命的提高。至少从大鼠的实验来看我们可以推导出这么一个结果。所以在可预见的将来,这个药也会进入人的临床试验。我们可以看到它在健康的人身上是不是也可以有效地帮助我们提高寿命。
我想讲的基本上就是这么两个小故事,一个和冬眠相关,一个和长生不老相关。我希望讲完这两个故事之后能告诉大家的信息是:宇宙的半径是四百六十亿光年,这和人类的寿命之间的鸿沟还是非常非常大,大概有八到九个数量级。但是至少在我们周围已经发生了一些科学进展和科学发现,能够一点一滴地但是坚定不移地帮助我们弥合这两个巨大的数量级的差异的鸿沟,最终有一天可以实现把人类送向星际远航,送向人类社会最后的远方。
最后我想用一句话灌点鸡汤来结束我的报告:虽然我们的生活不能没有苟且,但是科学可以带我们到远方。我也希望在座的所有人,可以和科学一起到最后的远方。
少吃就可以改变我们的基因组?!还真是个脑洞大开的科学问题。所以吃得少到底能不能长寿?小编也不知道,不过关于基因组的研究,我们确实是有好书推荐的!
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(本期责编:李文超)
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