但是仍然有不少学者坚持认为坎儿井是中国中原地区首先发明的，其后随着向西域的扩张而传入了新疆。公元前109年，陕西大荔县曾经开挖了一条“龙首渠”，将洛河水从地下引至下游的大荔平原灌溉。有人说“龙首渠”就是坎儿井的前身，后由中原派到西域屯田守边的汉族军民带到了新疆。然而坎儿井毕竟更加复杂，它所引用的是埋藏在地下深处的地下水。
地下水渠里的水是从地下含水层中引出来的地下水，当山上的白雪融化以后，清泉会向盆地汩汩地流下，由于这里的山地大多为裸露的岩石，所以山上的融雪水很快聚流成河，向山下的盆地流去。然而好景不长，融雪水流到山下后又遇到了由粗砂和砾石组成的戈壁滩，水流迅速地渗入了地下，很多河流到了这里就消失了。消失了的融雪水全部汇入了地下潜水层。它们顺着缓缓倾斜的地下水渠自然流淌，一直流到地下水渠钻出地表的地方才“喷涌而出”。此后，地下水渠变成了地上水渠。引流而出的地下水或者顺着人工修筑的渠沟疾奔，或者滞留在人工修建的池塘里。不论怎样，深埋于远方地下的地下水，终于躲过了烈日的蒸烤和风沙的纠缠，清清冽冽地流进了田地、果园和居民的生活区。
吐鲁番和哈密地区是一个盆地，光秃秃的戈壁在白天被太阳晒着的时候温度升高得很快，由于盆地太低，所以热空气不容易疏散出去，再加上盆地与山地的高差太大，气流下沉时形成了干热的“焚风”，这些都使盆地如同一个巨大的火炉。盆地西边和北边的高山，平均高度在3500米～4000米之间，其中博格达峰高达5445米，这些山脉终年被白雪覆盖，它们的高度足以挡住从北边吹来的夹带着水汽的气流。湿润的气流在翻越高山的北坡时水汽随着高度的增加、温度的逐渐降低冷凝成云，形成降雨。当它们到达高山的南坡时气温锐减，而它们降入山间盆地时，又会遇到盆地中蒸蒸而上的热气流。两股气流相遇很难形成雨滴（因为水汽遇冷才会凝结致雨），吐哈盆地内的雨水往往只有寥寥几滴。与此同时，盆地南边又只有山脉和沙漠，没有水汽来源。所以，吐哈盆地的降水是极其稀少的，1968年吐鲁番盆地全年降水才2.9毫米！
但是，该地区的炎热和干旱非但没有熄灭人们生存下去的勇气，反而激起了人们想方设法生活在这里的愿望。水是生命之源，有了水，人们就可以在盆地中心土壤颗粒最细的地方种植庄稼和作物，在吐哈地区，无论你进入哪一片绿洲，你都会恍如进入了人间的仙境：高大葱绿的柽柳和杨树坚挺着粗壮的身躯，田畦纵横交错，鸟声啾啾，田埂上闭坐着90岁的维吾尔老人和陪伴他的小白羊，凉风习习吹来丝丝潮气……
吐哈盆地的人民在漫长的历史年代中，在与严酷的自然环境作斗争、求生存的过程中之所以选择了坎儿井，不仅是因为它能够躲避日晒风吹对流水的侵蚀，更是因为它是在当时的条件下，唯一能够普遍施工的水利工程。农闲时节，只需三五个人，带着镢头、刨锤、辘轳和土筐等工具就可以开挖了。一条坎儿井可以断断续续挖上好几年，挖好的坎儿井还要定时检查和维护。随着农业社会生活的展开，掏挖坎儿井、修护坎儿井、耕地、收割、坎儿井水的分配和管理……纷纷规定了当地人民的生活节奏，坎儿井因此成为了当地文化的一部分。吐哈盆地的农村就曾有过把坎儿井当作女儿嫁妆的习俗。
在近代，提倡和推广坎儿井最有力和最有成效的人是林则徐。道光二十五年（公元1845年），林则徐被派到伊犁戍边。当他走到距离吐鲁番约20千米的地方时看到了坎儿井，他十分惊讶于这种奇巧的引水工程，曾经在内地兴办过太湖水利、江浙海塘、江汉堤工和两次黄河修防的林则徐，一眼就看出了这种水利工程在边疆地区的重要性，所以大力推广。在林则徐到新疆办水利之前，坎儿井仅限于吐鲁番，而且只有30余处，经林则徐的推广之后，新疆的其他地方又增开了60多处。
坎儿井的好处自然不必再提，正如朴素的东西都有其落后的一面一样。它的缺点也有不少：由于坎儿井引用的地下水是冰雪融水。所以它的水量在春季是最少的，而秋冬两季却是最大的（地下水的储水量相较于地面水来说有滞后性），这与当地农业上春忙冬闲的节律不相称。坎儿井的修护完全靠人力，既危险又辛苦，随着年轻人对工作的选择目标越来越多，就越来越少有年轻人愿意再去干这种活儿，挖坎儿井出现了后继乏人的危险。
到了20世纪70年代以后，吐哈盆地到处都有坎儿井断流、干涸和废弃的景象，人们不仅开始怀疑，这一古老的水利技术是否还有生存下去的意义和使用价值呢？在新疆干旱的地方，除了坎儿井，还有没有更好的灌溉方法呢？当代的新疆人真的要好好考虑这些问题了。
破译“血雨腥风”之谜
1819年8月13日，在美国马萨诸塞州的埃姆赫乐斯特有一个发出腐烂气味的物体从天上落下来，上边盖了一层布一样的绒毛。鲁弗斯·格雷夫斯教授把绒毛层除掉后发现下面是“米色的果肉状物质”，在接触空气之后，物质表面的颜色变成了“青灰色，很像静脉血的颜色”。据说这物体在降落时带着耀眼的亮光。
1819年11月2日，在比利时的布兰肯伯格地区下了一场红雨，一般来说，红雨的形成是因为雨水中含有大量由龙卷风带起的红沙；但是，对4千克布兰肯伯格红雨水进行蒸发试验表明，当雨水减少至0.11千克时尚未发现任何红沙。在进一步的分析中发现了氯化钴。但在分析报告中并未能解释清楚出现这种现象的原因。
1869年8月1日，在加州洛尼托斯·J·哈德逊先生的农场上，有肉和血从天降落，足有3分钟，覆盖了9000平方米的地面。当天，天气晴朗，无风，那些鲜肉呈小颗粒和细丝状，约2.5厘米～15厘米长。同时还有一些毛发降下来。1869年8月9日旧金山晚报的一篇论及这一现象的文章中还提到在两个月以前，在圣塔克拉县也降过血和肉。
1870年2月14日早晨，在意大利热那亚有一个淡黄色的物体从空中落下来。热那亚技术研究所的M·C·伯卡朵教授和卡斯特兰尼教授对这个物体进行了分析，发现其中包含66%的沙粒（多为硅石，也有些黏土），15%氧化铁，9%碳酸钙，7%的有机物，其他为水分。在有机物中包含孢子微粒、盐分、硅藻的碎屑（一种含硅的水藻）和一些不能确定的物质。
1955年7月22日下午5时30分，在美国俄亥俄州辛西纳提市波尔大街爱德华·姆茨先生家的花园里，正在工作的姆茨先生突然感觉到有温暖的红色水滴落在他的胳膊和手上。过了不大一会儿，他的四周都下起了红色的雨。天空的云层中涌出一乌黑云团，红雨就是从这团云彩中落下来的，正好落在花园里的桃树上。“我抬头仰望，”姆茨说，“发现正上方300米处有一团从未见过的怪云，并不很大，但颜色非常奇特，呈暗绿、红色和粉色。红色的云正好同落在我身上和桃树上的雨滴的颜色一模一样。我敢说，不管这雨滴中含有什么成分，它们肯定是从这块云彩中落下的。
“我对着云层凝视了几分钟，想辨别出它到底是什么物质构成的。此时，我刚才被雨滴淋着的裸臂和双手部分开始有烧灼感。它们的确被灼伤了。我感觉就像是把松节油涂在割破的伤口上。我赶快跑回屋子，用热水和肥皂仔细清洗。”
这些“雨水”很像鲜血，摸上去油油乎乎的还有点儿粘。
第二天一早，爱德华·姆茨先生发现花园中的桃树和树下的草皮都已死掉，树枝上挂满的桃子都已干瘪。下雨时在那一带上空并没有飞机经过，亦不像某一个化工厂能够产生一块在某一小片地区上空静止不动达数分钟之久的云彩。美国政府派人就此采访爱德华·姆茨先生，并取走了桃树、果实和草坪的样品。他们并没有公布研究的结果，“死雨”的实质在当时依然是个谜。
在吉尔伯特·怀特写的《赛尔伯恩自然史》中有一种现被称为“天使发丝”的物质的较早记载。他记述了1741年9月21日他是怎样在破晓之前在旷野上发现了那种盖在草原上的厚厚的一层“蜘蛛丝”的。蛛丝太厚了，几乎糊住了他的狗的眼睛。后来，在9点钟左右，一种极为奇异的现象开始引起他的注意——从很高的地方有蜘蛛丝像雨丝一样地落下来，而且一直不间断地落了一整天。这些蜘蛛丝并不只呈薄雾样的丝状在空中任意飘荡，它们简直就像絮片一样，有的居然有3厘米厚，18厘米长，落下的速度也很快，显然比空气要重。举目四望，映入眼帘的是连续不断地落下的新鲜的丝絮，太阳光下就像闪闪发光的星星。这场丝雨的波及面究竟有多大是很难断定的；但是我们知道在布莱德利、赛尔伯恩和埃尔莱斯福德都下了丝雨，三个地方呈三角形，最短的一条边约有13千米长。
1983年10月16日，在法国吉伦特地区蒙图萨上空出现了一片厚厚的乌云，拳头大小、白色绒毛状物质从乌云中落下来。许多目击者认为当时的那片乌云就是由这种物质构成的。从这些降落物中取样送给科学杂志《自然界》的主编，但主编先生也未能认出是什么东西，只是用火烧的时候发现都变成了炭。在降落这些奇怪物质的时候，天空正下着大雨。
1989年10月下旬，在格林湾麦尔活基和威星康星州的几个小城市上空落下了很结实的白色蛛网状物质。它们是长至18米的丝。这些网状物像是从密执安湖地区向内陆漂过来的。有时，这些丝很粗，扫在人的眼睛上很难受，它们从天空垂下来，长得看不见尽头。令人惊奇的是，在任何报道中，都没有提到在这次蛛网降落过程中有任何蜘蛛出现。
热水鱼之谜
1936年，法国旅行家在千岛群岛的伊都鲁普岛上偶然发现了一种能在热水中生存的鱼，当时人们无法解释这种奇特的现象。
后来，人们揭开了这个谜。原来，这个岛是个火山岛，火山口变成了一个小小的湖泊。由于地热的作用，这个湖变成了热水湖，水温高达63℃。别的鱼都给“烫”死了，惟有这种鱼耐热本领大，活了下来。
令人奇怪的是，这种鱼慢慢地养成了在热水里生活的习惯。它一旦游到另一种冷水环境里，反而会“冻僵”，活不下去了。雷晋发现的，就是这种奇怪的鱼。
热水鱼是很少见到的。可是，世界上有些地方也发现过几种热水鱼。在前苏联贝加尔湖附近的一个47℃的温泉里，发现过一种热水鲫鱼；在美国加利福尼亚州的一个52℃的温泉里，发现过一种叫“鲁卡尼亚”的热水鱼。它们在热泉中生活得挺自在哩！
在马达加斯加岛上，许许多多的温泉从首都塔那那利佛向东延伸。这些温泉由小溪和地下小河相连，隐没在长得很高的沼泽草丛中。这里的水温达到70℃。在这个热水湖上，那些颜色发黑的小鱼，悠然自得地在一串串从水底冒出的气泡中游来游去。
在美国加利福尼亚州以南约200千米、距海底2500多米火山口的附近，一条考察船意外地捕获了3条形如鳗鱼的鱼，其中一条是在靠近火山口热浪很近的地方捕到的。这种鱼是最新发现的奇鱼，全身呈白色，点缀着粉红色的斑点，长20厘米～30厘米。牙齿小而尖。由于温度和压力的变化，这3条奇鱼出水时就死了。因为它们是在北纬21°附近捕到的，因此定名为“北纬21°火山鱼”。它为什么能够生存在火山口高温的环境中，至今仍是一个谜。
费马定理之谜
纽约时报于1993年6月24日在其一版头条刊登了一则有关数学难题得以解决的消息，那则消息的标题是《在陈年数学困局中，终于有人呼叫“我找到了”》。时报一版的开始文章中还附了一张留着长发、穿着中古世纪欧洲学袍的男人照片。这个古意盎然的男人，就是法国的数学家费马（Pierre de Fermat）。费马是17世纪最卓越的数学家之一，他在数学的许多领域中都有极大的贡献，因为他的本行是专业的律师，为了表彰他的数学造诣，世人冠以“业余王子”之美称，在300多年前的某一天，费马正在阅读一本古希腊数学家戴奥芬多斯的数学书时，突然心血来潮，在书页的空白处，写下一个看起来很简单的定理。这个定理的内容是有关一个方程式xn+yn=zn的正整数解的问题，当n=2时就是我们所熟知的毕氏定理（中国古代又称勾股弦定理）：x2+y2=z2，此处z表示一直角形之斜边，而x、y为其两股，也就是一个直角三角形之斜边的平方等于它的两股的平方和，这个方程式当然有整数解（其实有很多），例如x=3，y=4，z=5；x=6，y=8，z=10；x=5，y=12，z=13……等等。
费马声称当n＞2时，就找不到满足xn+yn=zn的整数解，例如：方程式x3+y3=z3就无法找到整数解。
当时费马并没有说明原因，他只是留下这个叙述并且也说他已经发现这个定理的证明妙法，只是书页的空白处不够，无法写下。始作俑者的费马也因此留下了千古的难题，300多年来无数的数学家尝试要去解决这个难题却都徒劳无功。这个号称世纪难题的费马定理也就成了数学界的心头大患，极欲解之而后快。
19世纪时法国的法兰西斯数学院曾经在1815年和1860年两度悬赏金质奖章和300法郎给任何解决此一难题的人，可惜都没有人能够领到奖赏。德国的数学家佛尔夫斯克尔在1908年提供10万马克，给能够证明费马定理是正确的人，有效期间为100年。其间由于经济大萧条的原因，此笔奖额已贬值至7500马克，虽然如此仍然吸引不少的“数学痴”。
20世纪电脑发展以后，许多数学家用电脑计算可以证明这个定理当n为很大时是成立的，1983年电脑专家斯洛文斯基借肋电脑运算了5782秒后，证明当n为286243-1时费马定理是正确的（286243-1为一天文数字，大约为25960位数）。
虽然如此，数学家还没有找到一个普遍性的证明。不过这个300多年的数学悬案终于解决了，这个数学难题是由英国的数学家威利斯（Andrew Wiles）所解决。其实威利斯是利用20世纪以来抽象数学发展的结果加以证明。
20世纪50年代日本数学家谷山丰首先提出一个有关椭圆曲线的猜想，后来由另一位数学家志村五郎加以发扬光大，当时没有人认为这个猜想与费马定理有任何关联。在80年代德国数学家佛列将谷山丰的猜想与费马定理扯在一起，而威利斯所做的正是根据这个关联论证出一种形式的谷山丰猜想是正确的，进而推出费马定理也是正确的。这个结论由威利斯在1993年6月21日英国剑桥大学牛顿数学研究所的研讨会正式发表，这个报告马上震惊整个数学界，就是数学门墙外的社会大众也寄以无限的关注。不过威利斯的证明马上被检验出有少许的瑕疵，于是威利斯与他的学生又花了14个月的时间再加以修正。1994年9月19日他们终于交出完整无瑕的解答，数学界的梦魇终于结束。1997后6月威利斯在德国哥庭根大学领取了佛尔大斯克奖。当年的10万马克约为200万美金，不过威利斯领到时，只值5万美金左右，但威利斯已经名列青史，永垂不朽了。
极光之谜
在我国东北的黑龙江北部，有时在万籁俱寂的夜晚，茫茫天穹中，会蓦然出现一片红色绒幕。正当人们惊疑之际，它又突然变成一片蓝色草地。时而有似蟒蛇游动，时而有似骏马奔驰；或者像山间燃起巨火，刀光剑影，旌旗变幻；或者像天神睁开了慧眼，光焰喷射，窥视人间……人们把这种在夜晚天空中出现的光怪陆离的奇景，称为极光。
1982年6月18日晚10时左右，在我国黑龙江和吉林西部以及内蒙古和河北北部地区，有人看见了这样一种极光。在北面天空离地平线不远处，先出现了一个月亮大小的半圆形乳白色光片，随后，光片呈扇形向东北方向逐渐扩大。约10时15分时，形成弧形光幕，边缘较暗，10时30分时光幕最大，约占天空1/5，而光幕内星星已能看见。大约10时50分，光幕全部消失。
极光在世界其他一些地方也出现过。在北半球能看见极光机会最多的区域是美国阿拉斯加北部、加拿大北部、冰岛北部、挪威北部、新西伯利亚群岛南部。相比之下，我国黑龙江北部能见到极光机会比上述地区少，并且主要是在三月、九月份左右，也即在春分和秋分前后才有。
极光是地球上最壮观的自然现象之一，但又具有强大的破坏力。极光爆发期间，严重骚扰电离层，从而破坏短波无线电信号的传播，这时通讯、交通都会带来严重的影响。例如在美国，一个远在阿拉斯加的出租车司机，在极光强烈活动之际，竟收到来自本土东部的新泽西州调度员的命令；同时，监视横跨极地飞行器的预警雷达屏幕上，也可能突然出现虚假的图象，因而报警。同时，极光不断变化可能会在输电线、电话线和输油管道等细长的导体中感生出强大的电流。受感生电流冲击，输油管道可能会发生严重的腐蚀。1972年，一次极光使哥伦比亚的一台23万伏变压器炸毁，还造成美国缅因州至德克萨斯州的一条高压输电线跳闸。
那绚丽多彩、威力无比的极光是怎样形成的呢？以往，科学家们一般认为：来自太阳的高能带电粒子，到达地球附近空间，一旦被地球捕捉，则受到地球磁场的控制，沿磁力线朝地磁极作螺旋下降，再与那里低密度的高层大气碰撞而放电发光。或者太阳出现黑子、耀斑、日珥等现象时，组成太阳的物质发生强烈的核反应，释放出大量的能量。这时太阳就向宇宙空间喷射出大量带电粒子，如质子、电子等，这些带电粒子像来自太阳的一股飓风（俗称“太阳风”），冲入地球范围后，由于地磁场的作用，它们便集中降落到南北地磁极附近的高空，高空大气中的各种气体原子、分子受到这些带电粒子的激发，便造成发光现象。如果根据这种解释，极光就应该在磁极上空以某种“辉点”那样的形式出现。但是，情况却不是这样。极光并没有呈“辉点”的表现形式，而是在极区上空呈不规则的椭圆带幻象。这种情况不禁使人们对以往的一般解释产生了怀疑。究竟是怎么回事，还有待人们继续研究。
金属陶瓷的奥秘
当今时代是一个高科技飞速发展的时代，人们习惯了快节奏的生活，以至一些交通工具也在向着提高速度的方面发展。高速列车、气垫船、超音速飞机等，都是这些高科技发展的产物，为人类的生活提供了极为便利的条件。
目前世界上最快的超音速客机为音速的3倍，而在军事上应用的超音速战斗机最高速度可为音速的8倍。这些飞机速度的提高一是减少了阻力，二是增强了发动机的性能。我们知道，飞行器的高速运动均是由自身所携带的燃料燃烧产生的巨大热能，进而转化为动能的，因此发动机的性能优劣，直接关系到飞行器的飞行性能。这在汽车、火车、轮船上也是同样的。
据专家们测定，当飞行器高速飞行时，其发动机喷出的热量高达5000℃以上，我们知道，太阳表面的温度也不过6000℃左右。什么物质能够在这种高温下不被融化呢？钢铁是远远达不到了，合金钢与之也有一定的距离，于是人们想到陶瓷，陶瓷在这些材料中，耐高温的能力是最强的了，但是陶瓷却有一个致命的弱点，就是太脆弱了，它能耐得起高温，却耐受不了高压。
科学家们在努力研究中终于发现，当在陶瓷中加入一些金属细粉，这样生产出的陶瓷不仅具有极高的耐高温性能，而且大大提高了陶瓷的韧性，这种陶瓷与金属的混合物，就是当今在航空动力学研究中极为受宠的金属陶瓷。
金属陶瓷是由金属和陶瓷原料制成的，既有金属的优点，也有陶瓷的特性，由于其具有较高的韧性、高硬度、高抗氧化性，因而在火箭、高速飞行器中备受推崇。最常用于制造金属陶瓷的金属原料为铁、镍、铬、钴等，而最常用的陶瓷原料为氧化物、硅化物、棚化物、碳化物和氮化物等。金属陶瓷的生产也较为简单，烧制方法同陶瓷一样，只是将金属粉末物质混入陶瓷土中，根据要求制作出不同形状的东西。
我们会有过这种感觉，当你将酒精涂在手上，不一会感到特别凉爽，如果有人发高烧而采用药物降温无效时，我们会想到用酒精来擦浴全身，其目的就是为了散热。金属陶瓷也是这个道理，在火箭的发动机达到最高转数时，产生大量的热，这种高温则使陶瓷中的金属物质挥发了，从而陶瓷的温度也随之下降。待陶瓷中的金属完全挥发掉后，这一部分的发动机则已完成了其工作使命，随着控制指令而脱离火箭，同时下一级火箭的发动机被点燃，新的工作程序又开始了。我们通常所见的多级火箭，就是根据这个原理制造的。
另外金属陶瓷具有极高的抗腐蚀性。因而在原子反应堆中，能够抵抗液态金属钠的侵蚀，成为原子反应正常进行的保护神。
金属陶瓷虽然问世才数十年，但是由于其自身的极特殊的性能，格外受到人们的重视，尤其是在航空、航天领域，金属陶瓷真可谓少年老成。然而，科学家们更为感兴趣的不仅是它的优秀品质，而是它们这种优秀品质的来源。有人推测陶瓷中加入金属后表现出的特性，不能单单用金属在高温下挥发降温来解释，在金属陶瓷的制作中，其本身是否已经发生了某些化学反应而使之变成具有这种特性的新物质，那么这种陶瓷与金属到底发生了哪些反应，我们尚无法判断。而对于那种单纯金属挥发的解释，也有一定的可疑之处，这些还有待于今后的研究方能证实。
时间的本质之谜
时间是什么？文学家说，时间是铁面无私的法官；企业家说，时间是金钱；政治家说，时间是生命。诸如此类说法，均涉及人的情感。只有科学家才是关于时间的最公正的裁判。
到目前为止，科学家已认识到时间具体有两重性：对称性（或可逆性）及其破缺（或不可逆性）性。对称性时间源自牛顿力学，按照这种时间观，现在、过去、未来是没有区别的，如行星无休止的圆周运动，钟表指针圈复一圈及气候春夏秋冬年复一年的循环。
19世纪中期，开尔文等发现了热力学第二定律。按照这个定律，物质和能量只能沿着一个方向转换，即从可利用到不可利用，从有效到无效，从有秩序到无秩序。如煤燃烧后，成为无法生热的煤灰，并向大气层放出一氧化碳等废气。这就意味着时间对称性的破缺，宇宙万物从一定的价值与结构开始，不可挽回地朝着混乱与荒废发展，不同时刻的价值与结构不相同。第二定律揭示了一种“退化”的非对称性时间。“君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”（李白《将进酒》）就反映了这种时间观。
几乎与此同时，进化论者发现了发生在生物界和人类社会的时间对称性破缺，创立了进化时间观。达尔文认为，地球上的生物处在不断进化之中，从简单到复杂，从生命的低级形式向高级形式，从无区别的结构到互不相同的结构。马克思认为，人类社会是逐渐由低级向高级，向更加完善更加有序的阶段发展的。与退化论者恰成对照，进化论者的这些发现是令人十分乐观的：随着时间的流逝，宇宙将进化得越来越精美，不断地向更高水平发展。
从人的一生依稀可见时间的进化性、对称性和退化性的缩影。在一个受精卵发育成人的过程中，体内的组织逐渐从简单向繁多精密发展。从脱离母体到成年（约20岁～35岁），人体器官逐步向功能完善发展。从成年到40岁左右，人体各器官的功能基本保持不变。此后，人体各器官的功能逐渐衰老。
20世纪70年代中期，通过对自组织现象的仔细考察和长期研究，普利戈津提出了耗散结构理论。按照该理论，可逆性是时间具体有对称性的基础，不可逆性是时间进化和退化的本质，一个非平衡系统（系统的温度等状态参量随时间变化，或系统与外界存在诸如热流粒子等宏观流动）的演化过程，可用数学中的分支点理论的描绘。一个非平衡系统（无论是生物或非生物系统）经过分叉点A、B演化到C时，对C态的解释必然暗含着对A态与B态的了解。C态的秩序和结构比A态与B态的既有可能更高级精密（进化）也可能更低级简单（退化）。普利戈津就这样定量统一地解释了时间的进化性和退化性。
大爆炸模型（伽莫夫等，20世纪40年代）和爆胀模型（古斯等，80年代）揭示了时间在宇宙尺度上的对称性破缺：约200亿年前，宇宙还是一个质量密度无限大的“奇点”，一次巨大的爆炸，并经过200亿年的近光速膨胀，形成了现在的宇宙，且还在膨胀。在基本粒子领域，美国科学家克罗宁和菲奇发现了时间对称性自发破缺的现象（公元1964年）：C介子在衰变过程中，对于空间反射和电荷共轭变换不守恒，从而说明了时间反演对称性自发破缺。
爱因斯坦曾认为，时间不过是人的主观“幻觉”而已。他说：“对我们这些信念坚定的物理学家来说，过去、现在与未来之间的差别只是一种幻觉，虽然是一种长久不变的幻觉。”这种观点未免过于偏颇。如上所述，时间是具有客观性（事物或发展或退化或不变是客观的）。但不可否认，时间确与人（的主观性）有联系。搞清楚时间的最终本质是科学家的一大愿望。
平方数之谜
一般，小学生就知道平方数，22=4，32=9，非常简单。可是现在许多与平方数有关的问题还在困扰着数学家。
17世纪法国数学家费马，本人原是律师，研究数学只是业余爱好。可是他的这种业余爱好，使他成为17世纪欧洲最重要的数学家之一。费马还有一个特点，他对数学规律的发现，大多数都是以猜想的形式提出的。也就是说，他只管提出结论，不管证明。
费马提出许多有关平方数的问题，下面介绍几下：
（1）1640年12月25日费马在给神父梅森的信中提出：一个形如4n+1的素数都可以表示成两个平方数之和。比如，5=4+1，13=9+4，17=16+1，29=25+4等等。
当然，费马对这个结果没有给出证明。100多年以后，瑞士数学家欧拉才结出了证明，并进一步证明了这种表达是唯一的。
（2）一个形如4n+1的素数，把它作为整数边直角三角形的斜边的机会只有一次。比如5，把它作为斜边，只有52=32+42这样一种可能。如果把4n+l的素数平方，那么它作为斜边的机会就增加为两次；把它3次方之后就有3次等等。比如5，5的平方是25，而252=152+202=72+242；5的立方是125，而1252=752+1002=352+1202=442+1172。这个问题后来也得到了解决。
（3）整数边直角三角形的面积不能是一个平方数。比如边长为3、4、5的直角三角形，它的面积是6个平方单位，而6不是一个平方数。
这个问题由法国数学家拉格朗日证明是对的。
但是有关平方数的问题很多，并不是都解决了。1770年英国数学家华林推测：每一个正整数都可以表示成4个平方数之和，9个3次方数之和，19个4次方数之和。
华林推测的第一部分，即每一个正整数都可以表示成4个平方数之和，提出不久被法国数学家拉格朗日证明了。
按照华林的想法，上面推测可以推广到更一般的形式：对每个自然数是k＞1，存在一个常数S（k），使每一个自然数可以表示为至多S（k）个（自然数）的k次方的和。
比如，k=2，S（k）=4，即对于每一个自然数都可以表示为至多4个2次方的和；k=4，s（4）=19，意思是对于每一个自然数都可以表示为至多19个4次方的和。
这个问题的证明十分困难，使得数学家不知从何处下手。经过了很长时间的探索，1909年，德国著名数学家希尔伯特成功地证明了这个问题。英国数学家哈代称赞希尔伯特的工作是“现代数论的一座里程碑”。
但是，华林问题并没有全部解决。希尔伯特只是证明了S（k）的存在性，并没有给出确定S（k）最小值的方法和数值。我们把s（k）的最小值记为g（k），按照华林的猜测，g（2）=4，g（3）=9，g（4）=19。
猜测g（k）的一般规律是：
这里的〔〕不代表中括号，〔x〕表示x的整数部分，比如〔3.2〕=
也就是说每一个自然数都可以表示成37个非负整数的5次方之和。但至少有一个数不能表示成37-1=36个非负数的5次方之和。
对于上述规律，（1）k=4仍没有解决。现在已经证明了g（4）的范围是19≤g（4）≤21，但是不是g（4）=19仍没有证出。
华林问题还没有完全解决，有人又从另一方面提出新的问题。保罗·图兰提出，什么样的正整数可以表示成两两互质的4个整数的平方和？他之所以这样提问题，是因为他确实发现了有不能表示的正整数。比如，他证明了形如8n的正整数8、16、32等等就不能；他又证明了形如6n+5的数11、17、23等等也不能。那么，究竟哪些数能表示呢？这个问题还在探讨中。
保罗·图兰还猜测，任何一个正整数都可以表示成两两互质的整数的平方和，其个数最多是5个。但是对于足够大的所有整数，能表示成恰好5个两两互质的平方数之和吗？至今也没得到肯定的证明。
华林推测，每一个正整数是9个立方数之和。有人嫌9个太多，提出每一个正整数能否表示成4个立方数之和？研究的结果表明，对于所有的正整数是做不到的。可是，除了形如9n±4的数以外，其他的数都可以做到。
有人又提出：每一个整数能否表示成4个立方数之和，并且其中有两个是一样的？也就是说，每一个整数能表示成x3+y3+2z3吗？这个问题对于许多数都没有解决，比如76、148、183、230、253等都不知道能否表示。
看来，这一个个“不知道”正等待着你来回答。
球状闪电之谜
1984年1月，一架前苏联伊留申18型运输机在黑海上空飞行，驾驶员突然看到飞机前面有个直径大约10厘米的火球，惊讶不已。
后来，据前苏联塔斯社报道：“随着一声震耳欲聋的巨响，火球消失了，但是，几秒钟后，火球不知怎的已穿过密不透风的金属壁，在乘客舱里出现，在惶恐的乘客头上慢慢飞过，到了机舱尾部，分裂成两个发光的新月形，然后合为一体，几乎毫无声息地离开了飞机。”
这些前苏联人所见的，是大自然一种最罕见最神秘的现象：球状闪电。几百年前就有球状闪电的详细记载。1557年，法王亨利二世的情妇德普瓦提埃在新婚当晚，据说曾在新房内被一个火球追逐烧伤。此前一年，据说在英格兰有8个人被一个穿门滚进屋内的“硫磺火球”烧死。
今天，球状闪电不再只是一种奇异自然现象，科学家正进行研究，看看其能否利用成为一种廉价的新能源。在荷兰鹿特丹港，研究人员进行复杂实验，希望能用人造球状闪电来发电。
这个研究小组的领导人迪休斯已证明，球状闪电所以呈球状，是因为原子粒子融合，产生内聚力。只要能控制这种融合作用，就可以利用球状闪电廉价发电。
第一步必须人工制造出球状闪电。迪休斯听说，许多水手曾表示潜艇电池发生短路后，往往出现球状闪电，于是向荷兰海军买了一套有400个电池的旧设备，装在鹿特丹港码头上一个棚子里，把电池联结起来，然后使之短路。1985年，果然制出了火球，不过这套设备所产生的火球，直径只有10厘米，而且不到1秒钟就消失了。科学家希望在未来的实验里，火球能持续不灭，连续不断释出能量。
这个荷兰研究组面临的大难题，是没有人能对球状闪电的成因作出合理的解释。有些研究人员甚至认为这是一种光学幻象，只是普通闪电留在视网膜上的像；但是许多人说在见不到闪电的建筑物内见到球状闪电，推翻了这种假设。
英国两位研究员斯坦霍夫和伍丁博士根据50多份报告，列出了球状闪电的特性，证实了科学家以前猜测的多项球状闪电特性。
他们发现69%的球状闪电在室外发生，其余在密闭的空间内出现，例如住宅的房间里或飞机舱内，就像那架伊留申-18型运输机的乘客所见到的。89%的球状闪电与雷电同时出现，然而目击者中有1/3表示并未看见普通闪电放出球状闪电，令人百思不解。
斯坦霍夫与伍丁归纳的结果如下：球状闪电直径大约为25厘米，亮如40瓦特的灯泡，出现约5分钟后消失，有时留下刺鼻的气味。过去出现的球状闪电，约有1/4造成破坏，例如：撞碎玻璃窗，烧焦草地。接受调查的人中，有半数以上说球状闪电破灭时似乎曾经爆炸。
球状闪电依然是个神秘的谜，引人遐想。有些科学家认为球状闪电决不仅仅是未来能源，他们相信那是等离子体，在地球上并不多见，在太阳和大气层外的其他星球上则极其普通。仔细研究球状闪电的特性，或会加深我们对宇宙的了解。
这类研究对碰巧遇到球状闪电的人来说毫无意义。美国佛罗里达州有一位女士看见“大如篮球”的球状闪电滚进屋内时，并没有作什么科学分析，只是拿起苍蝇拍狠狠打下去而已。
在前苏联的某农庄，有两个孩子在牛棚的屋檐下避雨，这时雷鸣电闪，忽然天空中飘下了一个橘红色的火球，首先在一棵大树顶上跳来跳去，最后落到地面，滚向牛棚。火球好像烧红了的钢水似的，不断冒着火星。两个小孩吓得一动也不敢动。当火球滚到他们脚前时，年纪最小的一个，还很不懂事，他忍不住用力猛踢了火球一脚，轰隆一声，奇怪的火球爆炸了，两个小孩被震倒在地，但2人都没有受伤，可是牛棚里的12条牛却死了11条，只有1条幸存，也未受伤。
在美国一个名叫龙尼昂维尔的小城里，在一次狂风暴雨、雷鸣闪电之后，某家庭主妇从市场回到家里，打开电冰箱一看，她十分惊奇地发现里面放着烤鸭、熟蛋和煮透的莴苣菜，可是她记得清清楚楚，这些东西放进冰箱时全部都是生的，为什么会突然变成烤熟的呢？这一怪事轰动了全城，人们议论纷纷。但经过科学家的研究，终于弄明白了怪事的真相，原来这是球状闪电开的玩笑。这个家庭主妇离家外出时，忘记关上窗户，有一个球状闪电从窗户飘进屋内，然后钻入电冰箱里，在刹那间把冰箱变成了电炉，结果，里面的食品全给烤熟了，有趣的是，电冰箱竟然没有损坏，还能照常使用。
1977年8月9日和1980年6月5日，中国有两架民航机遇到雷雨，两次的情况大致相同：一个火球——球状闪电闯入飞机内，它从前舱滚到后舱，最后一声巨响，神秘地爆炸了。旅客们只感到脚底下有些发麻，但没有发生伤亡。
19世纪法国著名的学者弗拉马里昂，家住在巴黎。有一次，一个球状闪电闯进了他家一个房间的壁炉里，随后又滚到地板上，它好像一只蜷伏成团的闪光“小猫”滚到屋主人——学者的脚边，似乎要和他玩耍一般，惊慌失措的学者，害怕得往后退缩，火球又魔术般地跟着他走，并升到了他的脸部附近的空间。学者竭尽可能地把头侧向一旁，火球发出噼啪声飞上了天花板，进而转向房屋的烟筒口飞去。这洞当时是用纸糊着的。火球从容地穿过了纸层，钻进了烟囱。突然，响起了震耳欲聋的爆炸声，火球消失了，烟囱也倒塌了，满屋里散落着烟囱的碎片。
1965年夏天，前苏联物理学家德米特列耶夫正在奥温加湖畔度假。8月23日傍晚，下了一场暴雨。德米特列耶夫正站在大楼门前观赏自然景色，这时空中掠过一道强烈的闪电，一二分钟之后，突然，在他面前出现了一个淡红色的火球。这个火球在离地面2.5米的空中，缓慢地向他站立的方向飘来，黄色、绿色和紫色的火星四溅。当火球接近他时，改为向上浮动，并且在空中一动不动地停留了几秒钟，然后又飘向远处森林，在一棵树枝上“降落”下来。火球团剧烈地迸发出火星，很快地熄灭了。当德米特列耶夫清醒过来以后，觉得火球经过的地方，空气中有股少有的清新气味。职业的本能驱使他立即取来烧瓶，急忙跑到火球经过的地方，在他举起手来的高度上，采集空气样品。在实验室内对这些空气样品进行化验分析，发现其中含有大量的臭氧和二氧化氮，其含量大大超过正常值。这表明在火球内部很可能发生过某些化学反应。
为什么会有球状闪电？火球的能量来自何方？它究竟是什么东西？它与普通闪电有何区别？一般闪电只能持续十分之几到百分之几秒，为什么球状闪电的发光时间却很长（从几秒到几分钟）？火球的发动机理是什么？它为什么能保持球状并且能够移动？为什么它有时发出轻微的噼啪声而最后消失掉，有时却震耳欲聋地爆炸呢？上述这些问题长期使全世界的科学家迷惑难解，谁也找不出十分准确的答案。
河狸筑堤之谜
河狸是一种奇异的动物，主要分布在俄罗斯和北美，我国新疆及内蒙古地区亦产。它的头很宽，面部平坦，形状很奇怪，长着锐利的门齿，可以咬断大树和各种硬的东西。河狸是一种水陆两栖生活的兽类。它们的窝修在岸边，远远望去，好像一个个圆屋顶。这些小屋修得非常坚固，墙壁约0.7米厚。有两个出口，一个通陆上，另一个由一条隧道来联络水下，这样可以保持它们水陆两栖生活的习惯。每座小屋还分两层：上层是干燥的，就是整个“家庭”的住所；下层在水面下，常常作为仓库，堆积些粮食、树皮或木段。在下层仓库通出去的一个出口，修造在1米多深的水面下，这样假如冰冻的话，也不致封没门口；遇到干旱时，那个出口还是在水面下。在靠近河流处，它们还修造了几个坚固的堤，以便将水控制到所需要的深度。筑堤的材料就利用树干和石头，空隙的地方用尾巴捣烂过的泥沙填塞着。如果没有堤的话，河水下落时，河狸的家就会暴露出来，这样，对于河狸既在水里生活，又需要一定时间的陆地生活就不适宜了。
河狸全“家”居住在一起。每个“家庭”都有一定的地区范围。如果人们硬把两只陌生的雌雄河狸拉在一起的话，它们之间会发生激烈的战斗，于是只好把它们隔开。可是当它们彼此熟悉之后，雄河狸和雌河狸就会面对着慢慢走近，不会再激战了。
破译云卷云舒之谜
天空是云表演的舞台。一大团的云像棉花糖，像山峦，像怪兽，像飞跑的骏马，瞬息万变。天上的浮云无论像什么，都是我们想象出来的。事实上，云是大气的一种现象，每朵云都由微小的水滴或冰晶组成，云有各种不同的名称。
我们今天沿用的云名，是伦敦药剂师霍华德在1803年定下来的。这位观察力很敏锐的气象观察家把云分成三大类：积云、卷云和层云。这种分类法世界各地沿用至今。
霍华德本来想给云朵起些科学名称，不过当时他也是把云看成各种图形的。例如在拉丁语中，卷云是一束头发或卷毛的意思；积云原意是一堆或一团；层云原意为开展。换言之，积云是一团团的，卷云是一捆捆一束束的，层云是片片重叠的。
