宇宙正在向哪里膨胀? ——来自苏格兰卡尼斯贝的A.肯尼
美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的天体物理学家亚历山大·卡什林斯基提供了以下解释
宇宙的演化是由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪早期发现的广义相对论物理学描述的。在广义相对论中,空间和时间融合成一个连续体,宇宙可以表示为一个四维时空网格。从这个角度来看,宇宙的膨胀并没有将其推向新的领域——而是时空网格本身正在膨胀。
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在前相对论的牛顿物理学(它将天体描述为按照艾萨克·牛顿发现的定律运动)中,空间和时间是绝对的,时间只不过是运动方程中的一个参数。与此同时,引力被视为质量物体之间的吸引力,但其来源是一个谜。
广义相对论的物理学在概念上是截然不同的——即使在许多实际情况下,它的运动方程可以简化为牛顿方程。在广义相对论中,时空网格的属性由居住在其中的物体(通过引力)唯一地指定。引力使时空连续体弯曲,因此广义相对论将引力相互作用描述为该曲率的表现。受引力影响的物体从时空曲率较小的部分“坠落”到曲率较大的部分。
根据爱因斯坦的广义相对论方程,包含物质的时空不能保持静止,必须膨胀或收缩。因此,星系并非严格地彼此远离运动,而是附着在膨胀的时空结构上的固定网格上,从而给人一种彼此远离运动的印象。作为一个类比,想象一下在一个气球的表面上放置一些点,然后给它充气。代表星系的点之间的距离将会增加,因此,如果您居住在其中一个点中,您会将其他点解释为正在远离您。实际上,这些点相对于气球表面上的两个坐标(纬度和经度)保持在相同的位置,而实际上是气球的结构在膨胀。
在仅有四个维度的广义相对论框架内,这里提出的问题没有答案,因为它暗示了时空之外的某些其他坐标网格。由于时空与物质相关联,因此气球表面之外不存在任何东西——它就是所有可用的时空。
什么是“垃圾”DNA,它有什么价值?
——来自伊朗伊斯法罕的A.卡贾维尼亚
宾夕法尼亚州立大学生物学教授兼基因组学研究员沃伊切赫·马卡洛夫斯基回答道
所有动物都有大量的垃圾DNA——不编码用于构建身体和催化细胞内化学反应的蛋白质的遗传物质。例如,在我们的基因蓝图中,只有约2%的DNA实际编码蛋白质。
1972年,已故遗传学家Susumu Ohno创造了“垃圾DNA”一词来描述所有非编码DNA片段,其中大部分由随机散布在整个基因组中的重复片段组成。通常,垃圾DNA片段是通过转座或遗传物质片段移动到基因组中不同位置而产生的。因此,这些区域中的大多数都包含所谓的转座子的多个副本——转座子是在基因组的一个部分中复制或剪切自身并重新插入到其他位置的序列。
在20世纪90年代初期,人们对垃圾DNA,特别是对重复元件的兴趣开始增长;现在许多生物学家将此类重复视为基因组宝藏。看来这些可转座序列通过充当遗传重组的热点以及为调节基因表达提供重要信号,从而提高了物种的进化能力。因此,重复元件绝非“垃圾”,而是我们基因组的组成部分。
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