下一轮技术革命的序曲
——细数当今最前沿的科学理念
作者：张梦然
什么才是位于当今世界尖端的科学理念？是斩断人类衰老的基因，还是理解寻觅暗物质的意义？
国际大视野
什么才是位于当今世界尖端的科学理念？是斩断人类衰老的基因，还是理解寻觅暗物质的意义？英国时政周刊《新政治家》于近日邀请科学类杂志顾问，列举出数项目前最为崭新的科学理论，人们可以从中前瞻那些正在或即将深化人类认识的观念。而回溯往昔，每一次的科学技术革命，不正是仰仗于这些不断颠覆、更新的思维历程吗？
生生不息，进化不止
进化之手并没有停止操控人类，虽然极其缓慢，但现代世界的人们依然身处进化当中。不同基因组的对比表明，自然界的压力仍在发挥作用。例如，科学家已知生活在非洲和亚洲的数十亿人因为遗传基因的问题，体内不能产生足够的乳糖酶去消化牛奶，但几乎所有的欧洲人和美洲人都能每天喝牛奶。而现在，这种专职于消化乳糖的基因，正逐渐从欧洲人扩散至地球上的其他人群。又例如，一个能提高生育率的基因，现正在欧洲人身上变得越来越常见。
而在这进化不止的过程里，疾病是第一大驱动力。明显的例子是，现在几乎所有人都已经失去了半胱天冬酶-12基因，其原因最可能就是因为携带半胱天冬酶-12的人更易受到细菌感染和败血症的侵害。
世上本没有“时间”
物理学家们不懈寻找一个终级的、万能的理论，却在“时间”这一问题上碰了壁。他们需要将量子力学和相对论这两大物理学经典理论统一起来。其中，量子力学是人类对微观粒子行为的描述，而相对论适用于解释宏观的空间、时间和物质相互作用的机制。但目前出现了最大的绊脚石，就是时间，它在这两种理论中分别以不同的方式运行着。
在相对论中，相对运动的物体拥有不同的时间推移，因此不存在对时间的绝对性测量；而量子理论呢，它可以告诉你一个电子的所在之处，却无法告诉你电子在那已经待多久了，时间在此时甚至不是一个可被测量到的角色。
因此，为搬走这块绊脚石，现在出现了一个较激进的观点——把时间看成一个人类自己编造的概念——既然它无法在宇宙进程中发挥基本、明确的作用，我们的理论或许该彻底摒弃它。就当这世上本没有“时间”，说的人多了，也就有了它。
多重宇宙
这是另一个让物理学家们不安的问题——我们所在宇宙的样子。这个样子没什么不妥，反而好到不行，各种宇宙常量精确而完美，恰好允许生命在其中的发展，宛如被精心设计出的一样，而我们又找不到相似的伙伴，这种“特殊”让人汗毛直竖。
自然界的常量，决定了引力及各种其他作用力的强弱程度，它们生就一副“本该如此”的样子。而它们也理应如此，否则任何丝毫的不完美，都会使人类不复存在，也不会有物理学家绞尽脑汁地琢磨它们。这似乎没什么好解释的，但物理学家并不感到满意，由此，“多重宇宙”的概念萌生了，即认为有许多个宇宙，而每个宇宙都有不同的特性。
这一想法相当有才，让人类及所处的宇宙不再是“特殊”的，从而打消了不安的疑虑。更有才的是，我们目前还做不到从这一宇宙穿梭到另外一个宇宙中，因此也就无从验证该观点。
衰老？打住！
老化，是永悬人类头顶的一把达摩克利斯之剑。我们能不能在自己的基因组上安个“开关”，切断衰老的进程，大幅延长寿命？目前，蠕虫、老鼠及果蝇实验已显示，停止某类基因的功能，或者修改其他类型基因，可使得特殊的化学组合物质充盈实验体，显著延缓其衰老速度。而科技含量比较低的做法是：通过调整饮食，或者注射减缓衰老的荷尔蒙，从而改变身体的化学环境。这条探索之路十分诱人，但同时也引起广泛争议。
相当一部分生物学家仍认为，止住衰老的想法只是个海市蜃楼，因为我们有永远不能克服的生物程序：细胞在一段时间后就会死亡；而基因组不可避免遭受日久耗损；再加上，细胞分裂时还可能会产生致命的基因复制错误。这些都令否定者们坚信走向衰老是人类的终极归宿。不过，尽管以上种种，人类与衰老的对抗的关键词，已经由最初的“绝不可能”，转变为“非常困难”，仅这本身就是一个令人兴奋的进展。
“升级版”人类驾临
现在的医学科技基本都是为了帮助有健康问题的人，然而在不久的将来，也许是一代或两代人之后，人们则要做出选择：是否要利用医学将自己的孩子塑造成“升级版”人类？
生物学家雷-科兹威尔领导的研究小组表示，医学现正在靠近一个转折点，技术将很快能改进人类的脑力和体能，实现能力所及的一个质的飞跃。而有些在现在就已经不是什么新鲜事儿：用来治疗儿童多动症的药物已被广泛用于提高注意力；治疗弱视的视网膜植入技术如今被发展为仿生眼；治疗帕金森症等神经疾病的大脑植入手术，成为了搭建神经改良和插入式记忆升级技术的桥梁；试管受精胚胎的基因诊断，为病婴接受同胞移植创造了更多可能，等等。科技，正逐步帮助人类不断超越自己的极限。
然而，有一个问题仍需讨论：那些没有“升级”的普通人，在这些“超人”当道的未来社会怎么生存呢？
信息为本
这世界是由什么组成的？答案可能会让人惊讶：信息!
若你有台世上最精密的显微镜，那么将会看到镜头下的微观世界，竟然是由耳熟能详但却抽象得离谱的信息组成，着实令人意外。这像是一个介于哲学和物理之间的现象，让善于思考的人们脑筋猛转。从物理学的意义上来讲，万物皆由原子组成，原子又是信息组合的产物。那么，如将所有的实验、观察都归结于问题的形式后，将得到一个类似于计算机二进制数据0和1的答案。
如此说来，整个宇宙也不过是一台巨型计算机。通过“光子是否穿越了某点”之类的问题与答案，来提供可资计算的信息。尽管，要想得到一个二进制式的、能回答宇宙所有问题的“万能”答案还不现实，但这无疑提供了一种简化的、理解万物运行规律的全新路径。
你懂“意识”吗
尽管人类一思考，上帝就发笑，但我们还是常常会思索：让自己区别于其它动物的那种所谓“意识”，究竟是如何从大脑中好几公里长的沟沟回回产生出来的？恐怕用我们自己的大脑去了解它自己，有点“以子之矛攻子之盾”的意思。
现在，磁共振成像技术、计算机模型以及生物学对大脑的不断深入研究，也许将给我们提供一个更好的回答。科学家认为想要了解人类大脑奥秘的快捷途径，就是观察大脑某一部分出现的问题，比如抑郁、精神分裂症、自闭症及痴呆等。这些由于大脑内某个环节故障而导致的悲剧后果，很可能让医生在研究治疗方法的同时，了解到其对于意识产生的影响。
我们承认确实不懂“意识”，若要真正深入了解它可能还需要一个世纪的时间，但是围绕这个研究所带来的一切其他意义，终将证明这种探索的价值。
寻找“失踪”的宇宙
过去的十年中，最重要的一项科学成果即是发现宇宙在不断的膨胀，颠覆了地心引力会使宇宙膨胀速度减缓的旧理论，证明有负压强能量的存在。2004年，威尔金森微波背景各向异性探测器（WMAP）给出的数据表明，宇宙中只有约4.6%是原子的世界，暗物质占了23%，而暗能量占宇宙总质能的72%。
无奈的是，对于“暗”字头的这两项，人们尚无多少头绪。仅能推测，暗物质粒子的属性应不同于我们已发现的任何粒子，人们执着探索它数年，现正等着大型强子对撞机（LHC）能给我们制造出来一点；而暗能量，它既不是任何已知粒子，也不是这些粒子间的真空区域，对它的研究成为了宇宙学中最具挑战性的课题。这二者凑成了近96%的宇宙，而它们却以一种人类目前无法了解的形式存在着，形同“失踪”。因而，对它们的认识每前进一小步，都意味着对宇宙未知领域探索迈出一大步。
质量来源还未被证明
大型强子对撞机（LHC）当年的启动就像一次日内瓦的朝圣，这以后不管有多少不和谐的声音，人们仍要为那一刻欢呼雀跃，因为这是人类开启“质量从何而来”这个谜底的最大机会。LHC能在运行过程中使质子对撞达到前所未及的高能状态，这一能量可与宇宙大爆炸后不久的状态相比，其碰撞之后的产物正是物理学家们寻觅万物质量起源的依据。
根据标准模型的预言，尚存最后一种未被发现的粒子——希格斯玻色子。希格斯玻色子自旋为零，负责对其他粒子施加拖曳力，其他粒子经由其传导的力而获得质量。因此它就是惯性质量的源头，亦称之为标准模型的基石。有了它的加入，现有理论会得到检验并扩展到完美化。但如果在LHC模拟的极端状态下也无法找到希格斯玻色子，那么也许它根本就不存在，自然界本身毕竟要胜过所有实验与预测。只怕物理学家们会如芒在背，他们要么承认所有粒子严格的无质量，要么重新解释质量来源，重建所有理论。
欢迎外星人
几百颗可能孕育生命的太阳系外行星，现正在被地球的空间研究机构一一辨识。
地球不应也不可能是这浩瀚宇宙中的特殊分子。今年4月，英国学者推算出银河系曾在历史某一时刻有多达10亿颗类地岩石行星，这直接激发着人们对地外生命的想象。而约半个世纪以前，一名叫做弗兰克·德雷克的美国射电天文学家就甚至已着手计算与外星生命进行联系的可能性公式。
对于生命体成活所需的条件、生命活动的各种迹象，生化学家们自不会放过蛛丝马迹；不断进步的成像技术，也帮助人们更好地探索地外行星大气层中的伙伴。这一切似乎预示着，地球上的我们，即将听到自己在宇宙间并不孤独的消息。这无疑将彻底重新书写人类对于生命的看法。
只不过，能坐在那儿等着我们找到它的，最有可能是些外星微生物，并不是跟我们一样的智能生命；而如果那些比我们拥有更高科技的外星人找到了我们，人类该怎么办呢？
被进化影响的脑神经
当人类进化达到今时今日的程度，我们的大脑已经要求到对任何现象都要进行归因。
在最初或许并不是这样。我们将画面推回到大约340万年前，阿尔法种的南方古猿或许正警惕地望着发出窸窣声音的树丛，认定那后面就算不是个大型掠食动物，也差不多该是个恶鬼。只有怀抱并相信这些本能假设的古猿，最后才幸存了下来，而没动这份脑子的，常常就真做了掠食动物的美餐。
于是相应的，前者便成为我们的祖先。神经学实验更表明，作为后代的我们，早已继承了他们那份习惯于将无形实体与现实世界相联系的“念头”，并将之设定为大脑的默认状态。
人类：走的只是寻常路
不要再以为自己是这星球上的备受“特殊照顾”物种了。因为直到现在，我们也只发现了3个基因是为人类所独有的。放大了说，也许人类两万个基因中，特别加盖了我们这一物种印章的，或许不足20个。
动物学家们已发现，虎鲸和海豚的族群内，有着截然不同的文化亚群；黑猩猩们能表现出受道德约束；大象能彼此相通；小学课文里，我们就知道乌鸦会用工具；即使蝾螈和蜘蛛，也不失为个性一族，某种程度上让人类也叹为观止；而倭黑猩猩和红毛猩猩，或许可以滥竽充数人类的语言和姿势。
实际上，地球上的其它灵长类动物，都拥有和人类极为相似的脑细胞，人类所持的唯一令自己显得比它们聪明的本事，就在于更善于使用阴谋和计策。这一点上，霍金所认为的“正是人类骨子里自私和侵略性的因子，能帮助人类一次次渡过生死攸关的局面”，确有其道理。
地球：神秘一如往昔
平均深度4000米、覆盖了70%地球表面的海洋，是地球最大的生物栖息地。海神大部分的领地于人类而言，还都是从未探索过领域，而每次潜入深海，科学家们总能收获新的物种。就在今年7月，英国阿伯丁大学海洋实验室研究中心的科学家于大西洋700米至3600米深处发现了10多种海洋新物种，这些生物有着怪异的身形、鲜亮的颜色以及几近透明的身体，构造让人难以置信。而历时10年的国际海洋生物普查计划也在今年结束，大规模普查发现了5300多种此前未知的海洋生物，而据科学家测算，世界各大洋总共生活着约1000万种不同物种。
我们对海洋的摸索也在不断催生出地质学的新知，更新着人类对于生物如何繁衍的知识，以及对这片共同栖息地的认识。对于地球，我们的了解或许只是九牛一毛。
生命呈网状进化
表达生物进化理论的达尔文之树，自己也在“开枝散叶”当中。科学家确认：一个物种并不仅仅只是开辟了下一分支的进化路径。而“地球生物的最早共同祖先”(LUCA)，才是物种的奠基者。
实际上，生命的进化远比达尔文的生命之树复杂。通过基因分析，科学家认为现有种类的潜在机制，都允许物种产生于分支之间的互动相交中，是呈网状进化的。所以，“生命之树”当更名为“生命之网”。这也令未来生物学的有趣程度，远超过人们的想象。亦因此，与其粗简地编纂物种间差异、浅显地摸索物竞天择，倒不如扎入生物机制的汪洋大海，为生命进化的不竭之力而喝一声彩。
条条大路通往“终极理论”
正像一个玩笑所说的：所谓物理学的终极目标，就是要把所有的宇宙方程写在一件T恤衫上面。它应该干净利落、完整齐备，涵盖了所有的物理现象——有自然界各种形式的作用力、有宏观界行星和恒星的运行、有微观界粒子聚成原子的方式，然后提供出一种大一统的、简单的解释，这就是“终极理论”。
许多年以来，“终极理论”最有希望的候选者就是弦理论。这是一个试图以能量的闭合圈（弦）所产生的振动来解释宇宙万物的观点，被喻为“宇宙的琴弦”。其目前还无法获得证明的原因，一则是尚没有人对弦理论有足够的了解而做出正确的预测，另一则是今时今日的粒子加速器还不够强大。
不过现在，越来越多的其他理论加入到候选者的行列，使“终极理论”的冠名权演变成了一场竞赛。这些候选者包括：圈量子引力论（LQG）、因果动力三角论（CDT）和量子引力图论（QG）等等。有些名字相当别出心裁，但重要的是，它们都提供了以实验来证明或否定自己的机会，而这是任何理论都必经的严峻考验，物理学不存在专有权，一样是适者生存。
小实验亦有大作为
无数的人沉醉在年度热剧《生活大爆炸》中，剧中“宅”到极点的物理学家们，用液氦冰冻香蕉，遥控宇航局的火星车，顺便盼望着诺奖委员会的来信，一切看起来那么魅力非凡。但可不是所有的物理学研究都这么迷人，物理学家们有时需置身于昏浊的地下室，目不转睛地盯着某金属晶体薄片上的电子运动；又或要接连数小时监视一个桶，只为了解其中液氦的旋转模式。对于干这些活儿的物理学家来说，那些能在昂贵而巨型的粒子加速器实验室工作的同行，令他们十分艳羡。
但这一情形正在逐渐扭转。事实证明，自然界中的某些基本粒子，并没有比晶体中的电子或液氦中的气泡更特立独行，它们也都遵循着相同的原理。而这些物理学的小型实验会很有前途，或将代替大型实验项目去模拟远超出自身规模的大系统。甚至于，在小型试验中可能产生出人造黑洞。
石墨烯的革命
这个从铅笔芯中得来的发现，看来要改写世界电子产业的未来了。2004年，曼彻斯特大学的安德烈·海姆用透明胶带，从一张涂满铅笔笔迹的纸上剥离出了石墨烯。其原子所独具的、像一张铁丝网似的六角形阵列排列方式，让它有潜力成为比钢铁坚硬10倍、且导电时损失很小能量的材料，在改良后，石墨烯致力于塑造低功率电子元件，如晶体管。相比之下，铜线和半导体都会产生电脑芯片75%的能量消耗，这更让人们确定了石墨烯拥有了留名史册的本事。
如今，石墨烯找到了能发挥他最优的功效的位置——高频范围设备。一直渴望能在手机通信中传输更多内容的手机制造商们，已急不可耐将宝贝石墨烯纳入怀中。而即便抛开这部分商业前景不谈，石墨烯依然“多技傍身”：光纤、电视显示器、高效太阳能电池，“出身”铅笔芯的它，俨然已成为各类实验室的贵宾。
语言之重有甚于思想
语言与思想无疑息息相关，但在对二者之间的因果关系的判断上，我们一直受到20世纪60年代语言学家诺姆·乔姆斯基理论的影响。他所持的观点认为：人类一直以来认为语言要先通过大脑的编程才能产生，而这项机制自我们出生起，就已存在、成形，等待运作了。
现在，这个理论遭到质疑。人种学的研究学者们拿出了很多“不属此例”的证据，否定了乔姆斯基的理论。他们认为在语言的产生中，没有什么预先设置好的项目。恰恰相反，所运用的语言却能影响到使用者的思考方式，进而发展到影响文化方式。举例来说，可能正是原始语言功能上的局限性，导致原始人无法进行复杂思维。
折叠DNA，改造内部世界
这大概是最酷的折纸艺术——折叠DNA（脱氧核糖核酸）。但它的操作过程可与折纸不同：首先要提取数百条DNA；然后以化学方法进行修正，使这些DNA在不同的点相连；再将它们放置在一起，以一切可行的化学方法让它们彼此牢牢“黏合”住。如操作无误，最终将获得各种微小形状的DNA，以改造我们人体内部的世界。
现阶段，DNA折叠最大的亮点是利用该技术可得到一个纳米级的四面体——DNA“齿轮”，以及一个DNA“盒子”。这个“盒子”甚至是加锁的，可以用一小串基因做成的“钥匙”打开或锁上。尽管这一切看上去可能很无聊，但化学家们的这项研究将为几个宏大的构想提供最佳解决方案。那就是，递送药物至人体细胞核心、设计出以DNA为基础的计算机，以及制造出和标准尺寸机械一样运行的微米级生物机器。
