美國《探索》雜志：未來的科學何去何從

11位頂尖科學家對今后30年科學將引領人類走向何方進行預測

　　美國科普雜志《探索》為慶祝發行30周年，邀請11位世界頂尖科學家對今后30年科學將引領人類走向何方進行了預測。下面，就讓我們看看這些科學大師們到底怎樣說。

　　1.肯·卡爾代拉（Ken Caldeira，卡內基科學研究所的資深科學家，美國國家研究委員會氣候變化科學小組成員）：

　　能源是個大問題。聰明的投資將帶來大收益。

　　在我的主要研究領域氣候科學中，最大的問題是能源。因為我們的大部分能源技術都已相當成熟，我的猜想是，在未來幾十年里，我們很有可能看到能源技術的漸進性改進而非突破。唯一可能發生例外的是，將陽光直接轉換為化學儲能，例如，你可利用陽光分解水，你還能得到氫氣。如果你能直接從太陽光產生化學燃料，而且又經濟實惠，這將開啟替代石油的光明前景，而且這一過程不會將碳從地面傳送到大氣中。這或許將真正地改變游戲規則，不過，主要的障礙還在于投資規模。現在，美國花在薯片上的錢要比能源部花在能源研發上的錢還多，產業部門只愿在幾年內就能商業化的項目上投資。我希望我們能夠建立一種籌資機制，以為那些真正前瞻性的能源基礎研究服務。

　　更廣泛地說，我認為即將到來的最大變化將是生長出新的組織和器官的能力，以及在人體中植入機械的能力。我們已能看到，人們可通過深腦刺激植入物來治療癲癇，植入心臟除顫器來治療心臟病。生物學組織取得的進步，再加上人類與機器的進一步整合，在未來幾十年里有可能會發生真正的改變。它可以改變人們對待生活和老齡化的方式，作為個人，我希望在我需要這些東西的時候，它們已唾手可得。將整個社會作為整體以及它對人類的意義來看，很難說由此帶來的后果是好是壞。衰老、死亡并讓下一代接手，一直是人類發展的基本過程。如果我們開始加以改變，最終的后果難以預料。但我認為它一定會發生。植入物也將把我們帶到計算機革命的新階段。我們也許可將互聯網直接連接到我們的大腦，并不間斷地獲取信息。我不知道這是否會在未來30年里發生，但我認為這是我們前行的方向。

　　2.杰克·霍納（Jack Horner，世界上最著名的恐龍專家，美國落基山古生物博物館館長）：

　　恐龍或許很快就能步出博物館，走入實驗室。

　　在將來，我很樂意看到古生物學作為一個整體取得更多的定量分析成果。我們正在從事越來越多的分子古生物學研究，并將統計學應用其上。我們對于再造古動物存活期間的模樣很感興趣，而這類研究需要搜集龐大的數據。具體來說，我們正在努力搜集同一物種的諸多標本，這樣我們就可觀察其個體發育學（生物的成長和發育）特征，并解釋其行為，而不只是構建說明各物種間進化關系的進化分支圖。我們至今還有很多人在從事相關的搜集工作，他們或只是想找到一種新的恐龍并給其命名，但我希望，我們不久將真正利用古生物學匯聚出我們這個星球的生命歷程。　　

　　現在，如果你問美國國家科學基金會將在今后30年里會向古生物學投入多少資金，他們大概會說零，因為他們不太關注歷史科學，歷史科學已被他們遺忘在角落里。但是，古生物學并不是純粹的歷史科學，或者說它的歷史至少不會更長，因為不久我們就有可能復活已滅絕的生命形式。如果我們希望看到一個像速龍（一種小型肉食性恐龍）一樣的動物，我們就能利用基因工程創建一個。當然，它不會和過去的速龍一模一樣，但它很可能可做到惟妙惟肖。一旦我們了解了所有基因的功用以及如何將它們打開和關閉，我們甚至還可能創建出看似霸王龍的生物。

　　人們現在對基因工程的興趣主要在于其如何幫助人類。基因工程是一項崇高的事業，而這也正是我們的前進方向。但是，一旦我們了解了哪些遺傳疾病是我們可以應對的，越過這一關，當我們開始思考未來時，我們就有了創造新生命形式的機會。作為一名科學家，我不會試圖確認此類事情的對與錯，我只想看看什么事情是可能發生的。如果我們能夠創建出新的物種，我也將會非常興奮。

　　3.奧利弗·薩克斯（Oliver Sacks，臨床神經學家，暢銷書《錯把妻子當帽子》的作者，現為美國哥倫比亞大學醫學中心神經學和精神病學教授）：

　　我們正在學習利用大腦驚人的可塑性。

　　作為一名醫生，我特別關注那些遭受神經損傷或疾病的人，或是那些正在努力改善其神經功能的人。最近令我感到癡迷的一個問題是，為什么一個人在失明后，沒有了心靈的窗戶，他的大腦依然能創建視覺圖像，這種能力非但能保持，還可得以提高和利用。很多失去視力的人仍然是有視覺的。當他們用自己的指尖讀盲文時，他們仍會有視覺體驗。這不只是一種比喻或說法：他們視覺皮層的功能性影像表明，在他們讀盲文時，視覺皮層就被激活。這是一種交叉模式轉移，以至于觸感轉化成了大腦中的視覺體驗。

　　用術語來說，這叫感覺替代，這個概念最初是由神經學家保羅·巴赫-麗塔提出的。他想知道，通過使用一臺攝像機，并將之連接到皮膚上的一個區域，一個人是否就可基于皮膚感受到的觸覺脈沖形成一幅心理圖片。他用舌頭進行了嘗試，因為舌頭是人體內最具感覺辨別力的器官。有了這樣一個設備，盲人就能形成一幅具有足夠細節的環境圖片，例如，可抓住一個正在向他滾過來的球。但是，這還不是極限。這些盲人還可擁有更高的辨別力，其所擁有的感知力甚至可媲美于一個正常人。最不同尋常的是，盡管是舌頭受到了刺激，但使用這些設備的人們擁有的卻是這個世界的視覺圖像。

　　感覺替代也可以采取其他形式，人們一定想知道，就未來技術而言，使用其他感覺是否能夠提升這種能力。人工耳蝸植入物現在已是相當精良，視網膜植入物也開始進入人們的生活。我認為，感覺皮層的直接刺激遲早會得到應用，但我特別喜歡非侵入性裝置的想法，比如在舌頭上的傳感器。這種事情在40年前幾乎是不可想象的，那時我們都不會想到大腦還會有可塑性。我們曾經認為，大腦的每一個部分在遺傳上都是業已決定的，遺傳什么就是什么。現在我們知道，大腦功能發生巨大變化是可能的。神經系統的可塑性和可重新部署的奇跡，簡直讓我興奮極了。

　　4.西爾維婭·艾莉（Sylvia Earle，海洋學家，美國國家海洋與大氣管理局前任首席科學家，創建了“深海搜尋”基金會和“藍色使命”組織，現為美國國家地理學會常任探險家）：

　　花5千萬美元，我們就能飽覽我們星球的其余三分之二美景。　　

　　50年前，“的里雅斯特號”潛水器首次將人類送到了海洋最深處——馬里亞納海溝。在未來幾十年，我們還要到太陽系的深處去瞧一瞧。我們目前已探索的還只是約5%的海洋。我們甚至都不知道，深水地平線鉆井平臺開始漏油前，這里的海底到底是什么樣的，而且這里只有一英里（約1.6公里）深。對于我們來說，我們已擁有的月球、火星還有木星的照片要比我們自己的海底照片強得多，這樣的現實令人沮喪透頂。

　　自然世界，特別是海洋，維系著我們的生存。我們大氣中超過一半的氧氣是由海洋中的微生物產生的，我們需要了解支撐著我們的這個系統。像“海神號”這樣的水下監測和遙控工具正在改進中，但光有這些還不夠。日本、俄羅斯、法國的深潛器已能攜帶人類到達5000米及以下的海洋深處。但目前沒有載人深潛器可到達11000米的深度。不過，這樣的技術已經存在：我們已能以不到5000萬美元的花費建造出一艘3人深潛器。連大導演詹姆斯·卡梅隆都在向單人深潛器的萬米紀錄發出挑戰。

　　為此，我們還需要加緊努力。我們必須意識到，我們仍有機會阻止鯊魚、珊瑚礁和熱帶雨林的損失，以穩定我們的大氣層和海洋酸化。我曾在海底實驗室待過9次，因而有機會了解個別魚類及其古怪的習性。我在一艘單人深潛器中見過駝背鯨、海龜、巨石斑魚，還有一條正在孵卵的章魚，這些生物此前從未見到過人類。許多動物都在艱難地度過這個正在發生危險轉變的時代。但是，我們還只是停留在了解會發生什么事，該怎么辦才好的階段。看到海洋生物數量的急劇下降，我開始了解并時刻提醒自己，我們必須尋找新的方式將我們的地球從氣候變化中拯救出來，我們需要重新檢視歷經45億多年形成并運行良好的自然機制，并盡我們所能來恢復其功能。這是我們奔向未來的動力引擎。

　　5.羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks，美國麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室前主管，iRobot公司創始人）：

　　機器人的入侵已經開始，這是好事。

　　在未來，我相信在生活的各個角落會有更多的機器人。如果你在1985年告訴人們，25年后他們會在廚房里用上電腦，那對他們來說根本沒有意義。他們會同時想到在電視屏幕上看到的“電腦”形象。但現在，你的微波爐、音響和冰箱里的電腦早已不是原先的模樣。同樣，機器人現在似乎也被定格為某種特定形象，但它們會隨時間而改變，人們的看法也會隨之改變。

　　汽車肯定也會更加機器人化。將有更多的機器人出現在我們的家、醫院、工廠以及軍隊里。我們現在還沒有武裝機器人士兵，一個機器人士兵可承受子彈的第二次射殺，而這是人所做不到的，機器人一點不在乎其生命是否處于危險之中。人們可以想象，機器人在檢測危險物品方面會有上佳表現，它們會知道哪里有危險，哪里安全。它們實際上已變得比我們更加道德。

　　我的iRobot公司設計出了“魯姆巴”機器人吸塵器，但目前存在的最大問題是，它太便宜了，以至于還不能實現自主化。而軍用機器人則是因為太貴了，所以也不能實現自主化，把它搞壞了你可負擔不起。如果魯姆巴錯過了一個地方，沒什么大不了，它之后還能找到它。所以，今后將會有更多的自主機器人出現，但令人意外的是將最先出現在低端市場，然后再逐步推向高端市場。

　　肉身和機器的集成，我認為是一個人們還沒有意識到、但確實正在向我們走來的領域。在未來，當我們的身體零件失效時，我們將會擁有大量的替代品。尤其對我們這一代人，也就是“嬰兒潮”時代出生的人來說，我們期待這一天的到來。我們關于藥物和運動的爭論，與即將到來的諸如“人的定義究竟是什么？”的紛擾相比，簡直是微不足道。我們現在有殘奧會，但我們在未來會有一個“增強版”殘奧會，那時你可能無法分辨到底是人還是機器在比賽。

　　我注意到，機器人技術正在擺脫危險、骯臟和枯燥的工作。有人說：“你不能這樣。人們有很多事做不了。”但我們發現，他們所說的很多事情，其實要比頂著烈日在田野里辛勤勞作容易得多。自己動手吧，你的生活會更好。

　　6.黛博拉·費舍爾（Debra Fischer，美國耶魯大學天文學家，幫助發現了約160顆系外行星）：

　　在其他星球發現生命將揭示人類在宇宙中是何等的平凡。

　　我們在宇宙中有同伴嗎？在接下來的30年，我們可能會知道。我相信，我們將通過觀察目前正在探測的系外行星（圍繞其他恒星旋轉的行星）的大氣層來發現生命的跡象，尤其是那些與地球的質量與軌道相似的行星，在那里我們或可發現氧和其他化學特征。我們或許無法在未來30年里發現科技文明，但我們應該能夠找到簡單生命形式的證據。為了達到這一目標，我們的太空任務將必須能夠獲取系外行星的大氣光譜。這包括阻斷來自中央恒星的光，讓身處昏暗的行星發出的光成為關注的焦點。

　　1995年首個類日系外行星的發現幫助我們調整了技術。自那時以來的每一年，我們發現的行星都要比前一年多（至今已超過450顆）。在外星生命的搜尋過程中，也同時發生著這樣的情形：每發現一顆行星，我們的探測策略就會變得更聰明、更有效率。我還希望，未來的火星探測器在火星表面進行挖掘后，可能會幸運地發現生命化石或生命的化學特征。與地球上最原始生命形式進行比較，將會告訴我們，改變生命前化學的那一片火花到底是常見的還是罕見的。

　　我期冀更有活力的空間探索活動會持續下去，人類將擁有一個駐留于地球和月球之間的空間站。在地球引力場之外的區域，我們可以將機器人駕駛的航天器發射到太陽系中的其他目的地。看得再遠一些，我非常樂于見到比手機還小的微型機器宇航員的出現，它們將沖出我們的太陽系到達最近的恒星系——阿爾法半人馬座。讓這些機器宇航員保持低質量，我們就可以很容易地對它們進行加速。我們甚至可以發射一支由這些微小的機器宇航員組成的軍隊，并讓它們達成手機所能完成的任務：拍照、打電話回家。

　　7.山田忠孝（Tachi Yamada，美國比爾及梅琳達·蓋茨基金會全球健康項目主席，致力于為發展中國家開發和提供各種低成本的救生健康工具）：

　　是時候了，讓我們發動一場針對兒童疾病的新全球大戰吧！

　　僅在10年前，世界各地每年死于疾病的5歲以下兒童的人數為1100萬左右。今天，這個數字是770萬。我相信疫苗勝過其他任何東西，因為疫苗能降低兒童的死亡率。幾年前，麻疹還是導致兒童死亡的罪魁禍首，但在過去10年里，由于增強疫苗的接種，麻疹的死亡率已下降了將近80%。在發展中國家，接種標準疫苗的兒童比例目前已接近75%。

　　但每年仍有770萬兒童死于各種疾病，這是一個不可思議的大數目。他們大多死于可預防和治療的疾病：腹瀉、肺炎、營養不良、新生兒敗血癥、早產以及瘧疾。光是瘧疾，每年就奪走了100萬孩子（主要是非洲兒童）的生命。

　　挽救這些孩子生命最有效的方法之一就是接種疫苗。我希望兒童死亡率在未來能創下新低，如果我們能夠為處于風險之中的九成兒童提供疫苗、瘧疾治療手段和其他現有救生措施，到2025年，兒童死亡率也許可下降一半。

　　我不相信，僅僅因為你窮，你就沒資格使用這些救生技術。某些東西在美國看似復雜且昂貴，但這并不意味著在發展中國家的你就只能望洋興嘆。一個很好的例子就是印度眼科醫生格維達帕·凡卡塔斯威米創建的Aravind眼科醫院。凡卡塔斯威米退休后，決定為一些因白內障致盲的印度患者做些事情。他知道，在發達國家，患者可以做白內障手術，但晶狀體的成本約為200美元，這在印度是很多人所買不起的。于是，他與塞瓦（Seva）基金會合作，開發出一種僅花兩美元就可買到的晶狀體。而現在，他們為一百多個國家制作晶狀體，這家醫院每年開展的白內障手術也已超過20萬例。

　　我們支持為世界各地兒童提供可拯救生命的疫苗，并開發可負擔得起的預防瘧疾、結核病、艾滋病和其他疾病的新疫苗。在艾滋病疫苗上的進展雖然緩慢，但我們已從泰國的RV144試驗中看到了一絲曙光，其中一種實驗性艾滋病疫苗的有效率達到了大約30%。利用包含相同成分的改進治療方案，我們正在做后續的研究。

　　8.尼爾·圖洛克（Neil Turok，宇宙學家，加拿大圓周理論物理研究所所長，非洲數學科學研究院創辦人）：

　　我們會否發現宇宙既無始又無終？

　　在關于宇宙起源的常規圖片中，大爆炸是時間的始點。這是科學史上最大的奧秘之一，我花了好幾年時間試圖弄清楚這一時刻的意義，在那張圖片中，宇宙誕生于具有無限密度和溫度的一點，這就是我們所知的最初的奇點。我正在探索這樣的想法，那就是奇點并不是時間的起點。在這個新觀點中，時間沒有始點，宇宙大爆炸是存在于更高維度現實中的片狀空間碰撞的結果。這些碰撞可能會發生多次，創造出一個永恒的、周而復始的宇宙。

　　令人興奮的是，可檢驗這些設想的觀測工作將在未來20年甚至更早的時間里得以完成。目前，有關大爆炸的最有力數據都來自普朗克衛星，其能測繪出宇宙極熱早期所遺留下來的微波。普朗克可測量出這些微波的溫度，尋找由宇宙學標準模型預測的一種特定模式。如果我們無法看到這種模式的某些特點，那必將是對標準模型的嚴重打擊。此外，我們的循環宇宙模型可對不同類型的物質在宇宙中的分布作出具體的預測。例如，如果我們能夠足夠仔細地觀察到宇宙中的暗物質團，也許就能支持宇宙循環論。　　

　　不管是否正確，本來只是哲學方面的一個問題，卻能在短短10年或20年的時間里通過觀察加以驗證，科學達到這樣的地步真是令人驚嘆。我們甚至還能對一個最古老、最根本的問題作出回答，那就是：我們來自何處？這將是極大的滿足。總有一天，無論是在百年后還是千年后，我們將進入太空，開始確保人類物種在地球以外生存的征程。更好地理解宇宙的運行在某種程度上也是在幫助我們自己，使我們可以利用宇宙的基本規律開發出新的和意想不到的技術，我絕不認為這樣的設想是異想天開。　

　　9.伊恩·維爾穆特（Ian Wilmut，胚胎學家，蘇格蘭愛丁堡大學再生醫學中心主任，他所領導的團隊曾成功克隆了“多利”羊）：　　

　　數百萬患者將受益于基因工程及干細胞科學的研究進展。　

　　干細胞生物學、分子遺傳學、化學工程等不同生物領域的融合，將為醫療事業帶來大量新的機會。從長遠來看，我們應該能夠控制帕金森氏癥等退化性疾病以及運動神經元疾病、心臟病等。我們將有機會了解這些疾病的分子基礎，并確定可阻止這些癥狀的藥物，或確定需要植入的以替代受損或死亡細胞的干細胞數量。

　　干細胞可協同基因療法來糾正像地中海貧血這樣的遺傳疾病，如在相當小的時候進行一次治療，之后就能一直保持療效，這對一個孩子的一生來說都將是非常美妙的。我認為，我們也將能夠利用體外干細胞篩選新的藥物，了解這些藥物對患者的影響，從而使處方更安全、更準確。

　　多利實驗（1996年誕生了第一只克隆成年哺乳動物——多利羊）促使人們找到了采取特定細胞并將其轉化為多能干細胞（未分化干細胞）的辦法。現在，我們很高興地看到，研究人員已能將細胞直接從一種類型變為另一種。最近，美國斯坦福大學馬呂斯·沃尼格將皮膚細胞直接轉化成了神經細胞。諸如此類的技術可能會導致新的治療方法，同時還可避免干細胞療法的主要缺陷：形成腫瘤。

　　至于全動物克隆，我相信這樣做的唯一目的就是用于治療疾病。一家名為Hematech的基因工程公司已從克隆干細胞培育出轉基因牛，這種轉基因牛可產生對抗細菌感染的人類抗體，而動物的福利則不會受到任何形式的損害。

　　10.謝瑞·圖爾庫（Sherry Turkle，美國麻省理工學院社會學教授，《休戚相依：為什么我們期待技術更多，而期待彼此更少》的作者）：

　　我們必須奪回我們的私人空間。

　　目前，我們已過上了電子如影隨行的日子。隨著時間的推移，大多數人都在尋找一種方法去忽視或否認它。特別是那些在電子眼布滿大街小巷的環境中長大的一代人，在身后留下一個電子蹤跡是再自然不過的事情，他們甚至根本不會察覺有這樣的影子存在。作為在網絡時代成長起來的一代人，今天的青少年都確信，他們的隱私將會受到某種程度的侵害，但他們也相信，這是在他們所處的時代必須付出的代價。

　　對于我來說，郵箱曾是隱私和公民自由的代名詞。但對今天的青少年來說，情況似乎完全不同，他們已適應了這樣的環境，他們的電子郵件可能會被學校有關部門掃描。將他們以各種方式表達的觀點總結起來，就是一句話“這樣的處理方法沒什么不妥”。

　　但作為一個公民，你有時不會為此叫“好”。我們創造了技術，技術反過來也在創造和塑造我們。我不知道該怎么跟一個18歲的孩子說，他認為Loopt（一個使用手機GPS功能顯示朋友方位的應用程序）似乎是令人毛骨悚然的，但他又很難將其從手機中刪除，因為所有的朋友都在用它。一旦刪除，“他們一定會認為我有一些事情需要隱瞞”。　　

　　在一個民主的社會里，也許我們都應該首先假定每個人都會有需要隱瞞的事情，都需要一個可加以保護的領地。我的希望是，我們能重新發現我們對隱私的需要。對我來說，開辟關于重新思考網絡、隱私與公民社會的對話，絲毫不是向后倒退，這更像是向民主所界定的神圣空間邁出了健康的一步。

　　11.布萊恩·格林（Brian Greene，美國哥倫比亞大學弦理論專家，暢銷書《優雅的宇宙》的作者，紐約“世界科學節”的發起人之一）：

　　物理學家已接近于揭開宇宙的基本規律。　　

　　我最大的希望是弄清楚如何將重力和量子力學融為一體，以實現可追溯到愛因斯坦時代的夢想，而且是以更現代的形式，這一夢想已牢牢地抓住了兩代理論物理學家的心。這一理論或可給我們提供清晰了解宇宙起源的工具。

　　哪怕想要取得至關重要的部分進展，都需要我們努力在量化重力和統一自然力的實驗和理論工作之間建立聯系。長期以來，我們一直信奉像弦理論這樣的理論觀點，而不是從實驗或觀察入手，對于一門科學的發展來說，這種方式是不尋常的。在未來30年，在大型強子對撞機和以衛星為基礎的天文觀測的助力下，也可能會更早一些，我希望這種情形會發生改變。如果觀察結果支持這一理論，那極好；如果他們排除了這種理論的可能性，那也不錯，因為我們還是可以開足馬力全速前進，去探尋其他的想法。弦理論現在面臨的一個很大謎團是，數學運算所需要的額外維度可能具有多種形式。在上世紀80年代中期，是幾十種；今天，有人估計這個數字已猛增到至少有10500種之多。理論學家無法檢驗所有這些可能性，10500種相對于可觀測宇宙中的粒子數目來說可謂九牛一毛！因此，我們將繼續探尋一些數學方程，以準確描述額外維度的極少數甚至是一種具體形式，使我們得以確定弦理論所預測的單一宇宙。另外，我們或可證明并不存在一個單一的宇宙，而是有許多個宇宙同時存在。每個宇宙利用的是額外維度的不同形式，我們的宇宙只是盛大的多元宇宙中的一個罷了。這將是我們長期以來秉持的宇宙觀所遭受的最深刻革命之一。

　　我相信，不用到2040年，我們就能確定暗物質到底是什么。確定暗能量的工作更難一些，但我們也能獲得成功。如果我允許我的想像力像脫韁野馬般自由，我會設想我們終將對空間和時間的實際意義作出深刻的洞察。我們已了解了很多關于空間和時間的特性及功能，但我們中的很多人依然相信，這些都不是最根本的。確定時間和空間的成分將極大地拓寬人類的視野。