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Fish:深度长文:科学告别英雄时代
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深度长文:科学告别英雄时代

宇宙,人类最后的边疆。
——《星际旅行》柯克船长

1991年晚秋,美国得克萨斯州埃利斯县的庄稼大多收割了,一些因为下雨耽误了劳作的田地,还盛开着雪白的棉花。

像一百年前的棉农一样,史蒂夫·温伯格走过一条泥泞小道来到这里,看见磁铁设计大楼空空如也,不远处耸立着一个从海湾油田买来的钻塔,一群安格斯黑牛在安静地吃草,还有一只寻找耗子的老鹰在天上盘旋。

目睹这一切,温伯格就知道SSC(美国超导超级对撞机)园区最终还是被废弃了,哪怕项目前期已经花了20亿美元,聚集了数千个科学家与工程师的喧嚣,依然被美国政府无情地终止。

“我不能相信会发生那样的事情,也不相信自然终极理论的研究会被我们的时代拋弃。”作为SSC的主要推动者,那一刻温伯格不愿意相信这是真的。

直到今天,美国也没有恢复SSC计划的打算。2016年,中国版SSC计划——CEPC(环形正负电子对撞机)是否上马引发激烈争论,从科学家到大众几乎全民参与。

杨振宁出手反对,温伯格在大洋彼岸发来支持的声音,期盼中国能够帮他圆梦。

多年前,杨振宁与温伯格是一个战壕的战友,与他们共同作战的还有格拉肖、萨拉姆、盖尔曼、格罗斯等人。

这支物理学史上最后的全明星梦之队,构建了当今人类文明所能企及的最高阶梯——粒子物理学标准模型。

建立在量子力学基础上的标准模型,是当前阐释物质世界最深刻的理论,它泽被的疆域,花树繁森,万物生长;它不到的外域,棘野旷诞,鬼影幢幢。

然而,标准模型的缺陷与完备一样突出,其在创建之初就没有纳入引力,后来又发现了暗物质与暗能量存在,占据宇宙95%以上的疆域,只留给标准模型物质王国近5%的狭小空间。

接下来的路怎么走?构建标准模型的物理学梦之队开始分道扬镳。

以杨振宁为代表的一派立足涌现论,主张凝聚态物理学,探讨量变如何引发质变,多粒子复杂集聚体如何做到1+1>2,基本粒子如何构成大千世界。

以温伯格为代表的一派坚守还原论,主张高能物理学,企望创建更大的对撞机撞出更加基本的粒子,补上标准模型的缺陷,直指世界的终极理论。

事实上,从牛顿力学到量子力学,科学路线都是按照还原论行进的,科学家力图为复杂世界找出简洁规律,一个单一的、优美的数学方程式只需写在一件文化衫上,就能解释世间万物的运转。

温伯格象征了新旧时代的交叉,一方面他对终极理论的追求,继承了哥白尼、伽利略、牛顿、爱因斯坦、玻尔等科学大师们对世界本源的探索,标志着人类个体理性的巍峨高山;另一方面,他发起的SSC对撞机计划,需要数千个科学工作者参加与巨额资金的支持,反映了当前任何一个重大科学发现都需要群体智慧与力量的合作。

7月24日,这位最后的还原论大师牵挂着旧时代科学的荣光溘然长逝,他留下的遗憾并非顾影自怜,而是关系到整个人类文明的未来。

今天,科学基础理论长期无法突破,技术爆发的烟花已然绚烂明灭,上一个繁华落尽的漆黑夜空,足足持续了2000年之久。

就在温伯格去世一周后,100名科学家投票选出的“科学技术十大问题”,在8月1日的“青年科学家50²论坛”发布,这些问题将对未来 50 年的科学技术突破产生重大影响。

十大问题涵盖了人类意识、人机通讯、量子计算实用化、地外行星居住等多个领域,其中任何一个问题的解决,都需要多个学科的交叉与融合。这不是一个人,也不是一个团队,而是多个团队通力合作才能解决的问题。

有的问题甚至需要全球参与。

科学的英雄时代已逝,它不再是华山论剑。要打破当前科技的停滞,需要一场千军万马的战争。

这不是结束,而是新的开始。

1

一场暴雨让郑州瘫痪了,断网后的人们无法手机支付,由于没有现金,甚至有人拿香烟去换吃的,出现原始的以物易物的情况。

我们的数字化程度越高,抵御灾害的能力就越脆弱,这一点值得深思。

最近30年来,IT科技几乎是一枝独秀,像交通、能源、动力、制药等领域,很早就已经停滞了。

所谓十八年后又是一条好汉,协和客机夭折了18年,经济适用安全的超音速客机还是没有出现;可控核聚变跟贾跃亭下周回国一样,永远还要再等50年;上世纪60年代的“土星5号”火箭,仍然保持最大推力的记录,而且美国居然造不出来了,称“图纸丢失”;新药研发每9年减半,因为DNA的动力学原理仍然知之未详……

2011年,美国经济学家泰勒·科文在《大停滞》中断言,人们已经摘完“所有低垂的果实”。

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孩子采摘低垂的果实

他指出2008年金融危机的根源,不是周期性的经济动荡,而是自20世纪六七十年代以来科技创新的停滞。

以计算机及互联网为代表的IT科技,的确意义重大且影响深远,但比照20世纪初期美国经济高速发展的重大变革性科技创新,电、马达、汽车、火车等等,计算机和互联网至今没有让所有人受益,更没有成为驱动经济发展的核心动力。

就算是IT科技,其瓶颈也渐渐开始体现出来。

前一阵子世界上有个重磅新闻,被我们鸡毛蒜皮的各种无聊新闻给淹没了,那就是IBM宣布研制出来2纳米芯片。

现在芯片制程每提高一丁点,都是了不得的工艺节点,不过这种提升是有尽头的,1纳米的终点线赫然就在前面。

当晶体管尺寸小于1纳米之后,差不多就是原子尺度的大小,最小的原子氢原子的直径,也就0.12纳米。

在这个尺度上,量子隧穿效应无可避免,它赋予电子穿墙术的能力,一头撞出晶体管的栅极和源极通道,造成0和1的逻辑错误,导致芯片失效。

就如漫威电影《蚁人》的主角,一旦缩微到量子空间,量子效应会让蚂蚁战衣失灵,将他永远困在里面。

作为微观世界的基本现象,经典电路无法克服这一点,即使改进工艺和材料,也只能暂时避免隧穿电流的影响,一旦进一步减小晶体管尺寸,总会有无法绕开量子隧穿的时候。

除非我们懂得如何在原子核空间里构建电路,像三体人一样造出智子,这远远超出了当今科学基础理论所能触及的边界。

1纳米工艺制程就是当前半导体产业的“黑洞视界”,也是当前技术环境下各种电子元器件的终极“命运”,无论 CPU、显卡、内存,还是硬盘,都无法回避。

届时摩尔定律也就失效了,它再牛,斗不过自然规律。

现在业界关注的后摩尔时代芯片技术,主要是在材料与封装上打主意。但任何材料都有其工艺极限,封装也不可能无止境3D堆叠。

人类花样百出,也只能延缓,而无法改变“芯片技术提升”与“坠入量子空间”这两列呼啸列车的相向而行。

两者撞车以后,要想更进一步,就只能求助于基础理论的突破,否则剁手族们终有一天会吐槽:

年年买的手机都一个样。

当最具活力的IT科技停滞下来,这串噼里啪啦的鞭炮放完,人们就会猛然惊觉,其他科技炮仗早就不响了,世界从喧嚣归于寂静。

我们的科学基础理论到底出了什么问题?难道真的是被三体人的智子锁死了吗?

我们来看一个IT科技的猪队友。

2

拆开笔记本电脑。你会发现 CPU内存硬盘声卡显卡等等体积都很小,像北京上班高峰地铁一样挤得满咚咚的,只为挪出空间迁就一个锂电池的玩意。

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拆开Macbook Air后盖

相比10年前,手机性能有如天壤之别,但是电池续航能力几乎原地踏步,你每天晚上该充电还得充电。

这些年来,手机厂商绞尽脑汁改进处理器和存储器的节电机构,尝尽一切办法降低耗电,收效甚微。

2016年,三星铤而走险增加Note7电池的锂离子密度提高电量,结果手机变手雷,在一片爆炸声中三星手机至今元气都未恢复。

在IT电子元器件家族中,电池可谓是一个最不争气的孩子,几十年来没啥长进,还要家人费心费力供他好吃好喝,稍不如意又哭又闹能把家都拆了。

为什么没有一个摩尔定律扬起鞭子驱赶电池技术往前走?

这是因为电池性能取决于材料学,电池不换材料,再多的优化也不会有质的提升。锂电池普及30年了,除了快充,基本上还是当年那个鸟样。

材料学是一门过于依赖实验的科学,每天做的工作就是沿着元素周期表试错建模,不停的尝试各种组合,就像刮彩票一样,枯燥乏味毫无成就感,网上材料学劝退的呼声铺天盖地,不少学渣们声泪俱下控诉误入天坑。

没有理论指导的实践是瞎猫捉活耗子,材料学之所以靠碰运气拼经验,就是因为没有统一的理论。不同材料千差万别,高分子,金属,陶瓷各有一套理论体系,独立完善都难,更别说合在一起来完善了。

材料学找不到五光十色中的共相,这笔帐还得赖基础理论。

3

1997年,“两弹一星”功勋奖章获得者程开甲院士来母校浙江大学百年校庆做科学报告,他提到当前科学的第一原理由以下四方面构成∶
(1)牛顿力学三定律
(2)电动力学和相对论(狭义相对论)
(3)量子力学和测不准关系
(4)泡利不相容原理。

所有其它定理都是它们的延伸,网络热词“熵”所属的热力学,也只是第一原理在数学逻辑理论下的延伸。

程开甲表示,材料学研究的物质构成十分复杂,其粒子数之多,边界条件之无穷尽,使得我们即使有足够的第一原理,在缺少全部的边界条件,找不到航向和目标时,仍然会无济于事,甚至连大型计算机也变得无能为力。

而第一原理的四大天王,也只管物质的运动,不管物质的构成。

哪怕是一片雪花,也能逍遥法外。

西汉诗人韩婴的《韩氏外传》描写雪花:“凡草木花多五出,雪花独六出”,这句话的意思就是,普通的花花草草大多是五瓣的,独独雪花有六瓣。

古人早知雪花的形状,但直至今日,雪花六出的具体成因仍是个谜。

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雪花独六出

决定雪晶形成的原子过程是什么?分子到底是经历了怎样的作用才会开始结晶?单个分子为什么会转化为晶体?没人知道这些问题的答案。

因此,关于晶体生长的所有应用都只能以经验为基础。我们掌握的只有部分经验性数据,再根据这些信息尝试解释晶体的生长方式。

构建科学理论的数学解析是线性的,1+1=2;而复杂世界是非线性的,1+1>2。

外表看似简单的雪花,其内部构成的复杂也远远超过了行星的运动,超过了我们最精密的工厂组装。

面对复杂性问题,理论研究往往不能给出解析表达,或者即使能够给出解析表达也常常不能求解,因此也就失去了对实验研究的指导意义。

反之,失去了理论指导的实验研究,也只能在原有的工作基础上,根据科研人员的经验理解、分析与判断,在各种工艺条件下反复摸索,反复实验。

这就是材料学的窘境。

与之相反的是,探索物质背后的真正基础,将其还原为分子、原子、原子核、质子、电子、夸克的过程中,理论过剩,实验不够用了。

为了调和量子力学的种种矛盾,统一四种力,解答什么是暗能量与暗物质,我们发展出了超对称、超弦、M理论、平行宇宙等等光怪陆离的数学理论。

它们能做到数学自洽,但没有一个能够实验验证,光是验证杨振宁的杨-米尔斯规范场论,就需要制造一个环太阳系大小的对撞机;验证超弦,需要环银河系;验证平行宇宙,需要灭霸。

弦理论界大佬威滕曾经说过,“弦理论是21世纪的物理学,却偶然地落到了20世纪”。

现在来看,弦理论恐怕是1000年以后的物理学,用现有技术验证超弦,如同用古希腊的手工业技术验证德谟克利特的原子论。

温伯格秉承还原论向下,希望借助超级对撞机撞出更加基础的物理现象来构建终极理论,很有可能是花了成百上千亿的巨资,像古埃及以倾国之力修建金字塔一样祈求灵魂永生的徒劳。

但是按杨振宁涌现论的路子往上走,解答复杂体系的1+1>2,我们的数学理论又不够用了。

4

总结起来,我们的基础理论,往下探到量子空间止步,不够基础;往上走搞不清物质结构,不够理论。

这造成数学与实验、理论与实践脱钩,是科学诞生以来遭遇的最大危机,也是当前科技停滞的根本原因。

牛顿集前人之大成,写出《自然哲学的数学原理》,发明微积分,用数学描述事物提出理论假设,通过观测天体运动获得验证总结成自然规律,终将古希腊的自然哲学发展成自然科学。

康德发现,从伽利略到牛顿的近代自然科学方法,既不同于唯理论的几何式的演绎,也不同于经验派的描述和归纳;既不是专重感官,也不是只凭理性,而是实验加数学,经验与理性的结合。实验是理性指导下的经验,数学也不是与感性无关的理性。

这套认知体系与技术结合,让科技成为唯一的可叠加式进步的动力,迸发出前所未有的能量,帮助人类上天入地,无愧于第一生产力的称号。

理论与实践脱钩是对科技前进动力的釜底抽薪,好比飞速奔驰的动车断了电,它那巨大惯性还能让我们感受到自主运动的假象。

而造成二者脱钩的原因,是科学的认知体系遭遇到认知的极限。

一个受过大学高等教育的人,能够很好地理解牛顿力学,对爱因斯坦相对论一知半解,对量子力学一团雾水。

这不完全是因为隔行如隔山,哪怕专职研究量子力学的科学家,也无法说全部理解了这门学科。诚如玻尔所言,如果有人说懂了量子力学,那说明他其实没懂。

我们难以理解微观世界的物理现象,望而却步宏观物质的复杂结构。

并非个体的愚笨,而是人类这个物种的智慧触及到了认知的天花板。

类似的一幕曾在古希腊上演。

中国社科院研究员吕祥在其《希腊哲学的悲剧》一书中指出,从苏格拉底经柏拉图到亚里士多德,希腊哲学始终试图在一个统摄万物的知识框架内寻求有关世界的终极答案,但希腊追求理性的伟大努力却因为自身的悖论而塌陷。

阿基米德与乌龟赛跑、飞矢不动等芝诺悖论,要直到牛顿和莱布尼茨发明微积分才能做出解释。

北京师范大学哲学与社会学院前院长江怡进一步指出,希腊哲学的悲剧就是人类理智的限度:当人类试图以确定知识的方式把握原本就不确定的世界的时候,人类就注定了悲剧的命运。

希腊哲学家凭借语言逻辑来认知世界的全部,触及到根本问题或人文领域,语言是难以描述的。老子曰:道可道,非常道。所罗门哀叹:我见日光之下所做的一切事,都是虚空,都是捕风。妹子幽怨:其实你不懂我的心……

亚里士多德后的希腊哲学家转向怀疑论,陷入思想的虚无与肉体的享乐。基督教来振臂一呼,“信我者,得永生”,用信仰的钢刀砍断千头万绪的“格尔迪奥斯绳结”,招安了这群希腊哲学家。

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《苏格拉底之死》油画〈法国〉雅克·大卫

直到牛顿以数学逻辑专注自然之物,将理论与实践结合起来,才结束了西方哲学认知的空转,从信仰的怀抱中脱离出来,进化成自然科学。

亚里士多德生于公元前384年,牛顿生于1643年,两者相隔2027年。

如今,自然科学也在面临认知极限的考验,连一向乐观追求终极理论的温伯格对此也不无忧虑:

也许是因为人类还不够聪明,不足以发现和理解那个终极理论。

他说,我们可以训练小狗做各种灵巧的事情,但我不相信有人能教会它用量子力学去计算原子的能级。

科学难道还要像古希腊哲学一样,在未来2000年的岁月中摸索摇摆空转吗?

5

春江水暖鸭先知,作为当今唯一还在大规模发展的IT科技界,无疑最能感受到这样的科技停滞。

他们有动力也有财力来解决这个问题,正如当年工业界大亨诺贝尔一样,互联网科技大佬们也在近年来设立多个科技奖项,颁发给优秀科技人才鼓励他们破解难题。

当今科学界金额最高的巨奖,是科学突破奖,每人奖金300万美元。2020年诺贝尔奖金是每项1000万瑞典克朗,约合116.5万美元,不到前者一半,如果该项有多人得奖,还要平分。

科学突破奖由谷歌公司创始人之一谢尔盖·布林、脸书创始人马克·扎克伯格及其夫人、腾讯公司董事会主席马化腾等赞助设立。与诺贝尔奖侧重有实验验证的科学成果不同的是,该奖更强调基础性的发现,思想上的突破,比如包含了诺贝尔奖没有的数学奖,因此一些成果还在验证的阶段。

也因此,科学突破奖经常颁发给近年来的科学成果,而不是像诺贝尔奖一样通过数十年的观察,选出那些已经被证明了具有巨大价值的研究。

中科院高能物理研究所所长王贻芳,就在2015年获得“基础物理学突破奖”,以表彰他在2012年领导大亚湾中微子项目的突破性贡献,中微子研究是有望突破标准模型的方向之一。

这反映了当前科技界对基础理论突破的焦虑,大家等不起几十年了。

科学突破奖是面向全世界的,作为设立者之一,腾讯面向中国的青年科学家,又在2018年发起一个“科学探索奖”,聚焦基础科学和前沿技术领域,每年遴选出50名获奖人,每人可获300万元人民币的奖金,是中国金额最高的科学奖项。

为了保证真正优秀的科学人才获得奖励,马化腾又联合杨振宁、饶毅、陈十一、程泰宁、高文、何华武、李培根、毛淑德、潘建伟、施一公、邬贺铨、谢克昌、谢晓亮、张益唐等知名科学家共同发起该奖项,汇集了一个中国科学家的全明星梦之队。

截止目前,已有100名青年科学家获得“科学探索奖”,他们平均年龄是39.9岁,其中14人在35岁以下。

科学探索,首先是提出有价值的问题,开辟新的探索空间。爱因斯坦曾说,“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。

近日腾讯汇集这100名获奖科学家提出并投票产生“十大科学技术问题”,于8月1日在“青年科学家50²论坛”发布。

“50²”寓意“科学探索奖”每年评选出的 50 位青年科学家,将对未来 50 年的科学技术突破产生重大影响。

该论坛由腾讯与南方科技大学共同主办,邀请了数十位院士与知名高校校长、百余名“科学探索奖”获得者与青年科学家代表聚集一堂,为科学家提供高水平、跨学科学术交流平台,以学科交叉启迪创新,共探科学“无人区”,并向公众展示他们的最新探索发现。

牛顿爱因斯坦这样的天才单枪匹马就能摘下的科学果子已经荡然无存,人类的科学突破到了大规模集体作战的时刻。

十大科学技术问题,吹响了科技界的集结号,搭起人梯去摘那些高树上的果子。

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6

要让婴儿理解地球为何绕着太阳转,必须解决三个问题:

一是婴儿的大脑持续发育;二是婴儿有足够的时间长成;三是婴儿长成后有兴趣探索自然。

火箭专家、宇宙航行之父齐奥尔科夫斯基说:地球是人类的摇篮,但人类不能永远生活在摇篮里。

人类或是科学旧时代的巨人,却是新时代的婴儿,要超越吃奶的认知,可将这三个问题转换成如下形式:

一是如何加强人类意识?二是如何延续人类生存?三是如何推进人类创新?

青年科学家50²论坛的“十大科学技术问题”,其中有九个可以归类到以上三个问题中。

其中1、2、3、5四个问题,可以归类到“如何加强人类意识”。如上所述,人类科技停滞的根本原因,就在于大脑的认知遇到了瓶颈,因此十大问题中有将近一半的问题都与意识有关。

我们一度认为人类的大脑潜能是无限的,只要足够长的时间,就能够探索一切未知,但是生物学与计算机学探明,大脑本质是一个神经网络计算机,它有自身的短板。

与人类发明的冯诺依曼计算机结构完全不一样,人脑是靠比晶体管粗的多、能耗低得多的神经多线程并发处理数据,存储和处理是融为一体的,可以举一反三自主学习,算法很强,但是算力很弱,无法做高频计算,比如人的加法速度极限是一秒7次。

对于解决复杂计算的问题,人类需要借助算力,计算机就是在这一需求背景下发明的,其初衷是计算火炮弹道与原子弹爆炸的突变,而其最终目的,是发展出来可与人类智能互补的人工智能,实现对人类大脑的升级,这取决于算力算法的升级。

第一个问题“人类的意识,以及学习和记忆的生物基础从何而来?”是学习大脑算法,理解了大脑的运作模式,就能给人工智能的类脑计算指明方向,从功能上追求模拟大脑的功能,从性能上追求大幅度超越生物大脑,有如爱因斯坦以超级计算机的速度来运转他的大脑。

第三个问题“通用人工智能是否能实现?”则是探讨深度学习能否产生一种媲美人类大脑但又不完全一样的算法,试想如果存在外星文明,其思维模式与人类很有可能大相径庭。

比如谷歌的围棋AI阿尔法狗是对人类棋谱战术的模拟,相当于集结了古今中外的围棋大师们打败了李世石、柯洁等单个围棋天才。但后来升级的阿尔法零完全抛弃了人类的围棋下法,只是凭借深度学习的能力下出了人类历史上从来没有过的布局与思路,令柯洁有种与外星人下棋的感觉。

加强意识还有一条路就是一力降十会,当算力达到极致之后,无论多远的路都能“嗖”的一下跑到,也就不屑算法的捷径了。

回到上述的材料学问题,当前一大趋势是计算材料学,采用计算机仿真模拟材料结构,在虚拟空间做配比合成,提高刮彩票的效率。传统实验方法一天刮一张彩票,计算机可能一天刮100张,说不定刮着刮着就中奖了。前两天宁德时代发布钠离子电池,就是用的计算材料学。

既然数学解析的路子走不通,就用仿真模拟来解决复杂问题。其实解析也是模拟的简化形式。

但是受算力限制,经典计算机无法完全模拟出真实材料的物质结构,有可能刮的100张彩票都是假的。计算材料学出现有一段时间了,并没有大规模促进材料学的发展。

经典计算机计算几万年,量子计算机只需几秒钟,第五个问题“如何实现量子计算实用化?”,有望在特定问题上实现接近真实的物质结构模拟,这不光造福电池,还有制药。

姚期智院士甚至认为,量子计算机一旦实现编程通用化,加上AI的力量有可能超越大自然,创造新天新地新生命。

但是这个创世记的主角如果不是人类,那我们做的一切至少对于人类而言都是没有意义的,人类最深层次的恐惧,就是终有一天人类智能要让位于人工智能。

第二个问题“人脑和机器是否能实现直接通讯?”有望抚平这样的焦虑,未来更可能是脑机混合智能的天下,只是这样的生物还是人吗,可能需要新的定义。

《星际旅行》中最大的反派博格人其实就是一种脑机混合智能,而在科幻大师阿西莫夫的著作中,人与机器人的融合才是光明的未来。

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7

人类婴儿要超越吃奶的认知,变得更聪明只是一个必要条件,再天才的婴儿夭折了就什么都没有了。

这离不开做时间的朋友,也就是第二类问题“如何延续人类的生存”。

秦始皇遣徐福远渡东海求长生不老药,延年益寿,从来都是古今中外任何一个人的渴求。这或是人类独有的生理心理需求,动物逃避天敌,但不会逃避衰老。

托尔金在一次电视采访中谈到《魔戒》的主旨,指出根本没有自然死亡这回事,人身上发生的一切都是非自然的,因为他的存在本身就是对世界的质问:凡人皆有一死,但凡人之死皆非心甘情愿,即使他明知要死表示接受,也是一种无礼侵犯。

第四个问题“如何延缓衰老,促进机体修复,提高人类寿命?”送来了福音。

北京大学未来技术学院教授 、2019年“科学探索奖”生命科学领域获奖人刘颖表示,对秀丽隐杆线虫和酿酒酵母的遗传学研究揭示了更多影响寿命的关键基因,有望使我们延缓甚至逆转衰老。

不过倾巢之下岂有完卵,今年极端气候频发,河南前所未有的暴雨,中东打破记录的高热,都在亮起红灯警告全球气候问题的解决迫在眉睫。

第六个问题“清洁能源、环境保护、气候变化的协同机制如何建立?”是一个庞大的系统问题,需要多个领域乃至多个国家联手,才能见效。新能源汽车或是破局的抓手。

2021年7月30日政治局会议首次提出,“支持新能源汽车加快发展。”在房地产行业完成使命的今天,新能源汽车有望成为下一个房地产,带动上下游企业的发展,打通光伏、电池、半导体等核心技术。

新能源汽车致力于减排,是节流。要开源,还得有能替代火电的大规模清洁能源供给。

值得注意的是,这次十大问题,没有谈可控核聚变,可能技术上还是存在当前人类不可逾越的障碍,科学家们把目光投向第十个问题“太阳能发电的规模化高效应用如何突破?”

地球上一切能源来自于太阳能,地球每年消耗的全部能量,仅相当于太阳“给予”地球能量的万分之一。

第十个问题的极致解决,是发射无数光电转换器到太空将太阳包围起来,形成戴森球,获得接近100%的太阳能量输出。

物理学家弗里曼·戴森认为,一个能源需求不断上升的文明要想在宇宙中长期存在,戴森球是一个逻辑必然,他建议搜寻这样的人造天体结构以便找到外星超级文明。

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戴森球

2015年开普勒望远镜发现了一颗奇怪的恒星塔比星,呈周期性的最高达22%超常暗淡,在理论上排除了行星遮盖的可能,天文学家贾森·莱特坚信这是戴森球挡住了星光。

其实塔比星不是什么独一无二的目标,科学家已经发现了21个光度像这样异常波动的恒星,15个情况与塔比星相似,6个较塔比星更频繁地变暗。

其中一颗编号为 EPIC 204376071恒星距离地球更近,只有大约440光年。它的情况更怪异:在大约24小时之内,其亮度整整下降了80%,似乎被什么巨型物体挡住了。

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是什么样的洪荒巨兽挡住了恒星80%的星光?

世界上口径最大、性能最强的NASA韦伯太空望远镜,将于今年10月升空,俄亥俄州立大学的研究表明,它可以在短短60小时内探测到其他行星上的生命迹象。

如果人类能够解决以上三个问题,就有可能长期延续下去将文明传遍银河系,但是为什么茫茫宇宙没有哪个外星文明先人一步造访地球呢?这就是著名的费米悖论。

其中一个解释是,没有哪个外星文明能够实现跨星系旅行,它们都内卷了。这个解释是否靠谱,最好的办法是骡子是马拿出来溜溜就知道了。

8

第八个问题“人类如何在地外行星(如火星)上居住一年以上?”考验人类文明跨出地球摇篮的第一步。

中国科学院地球与行星物理重点实验室主任、2020年“科学探索奖”天文和地学领域获奖人魏勇认为,该项目的规模和复杂程度为人类历史之最。

这是对人类航天、能源、通信、电子、医学、生物科技等各方面科技水平的全面检验,由此产生的新的理论突破和发明创造将显著改变人们的生活方式,甚至引发新一轮历史性的科技革命,对管理学等社会科学的发展同样会产生深远影响。

无论人类移居火星是否成功,都是值得且必须尝试的目标。

上世纪60年代的阿波罗登月工程,不仅改变了人类对自身在太空中地位的认知,更催生了多项科技和工程领域的技术突破,比如催生了硅谷IT科技产业。

文明的出路,总是与开放性的空间开拓紧密相关。中国文明的上升期在汉唐的开疆拓土,文艺复兴科学诞生与大航海时代息息相关。创造了巨石像的复活节岛文明覆灭,在于狭小空间的内卷。

不过就算移居火星失败,我们也有备用方案,即第九个问题“如何求教大自然,开发高度集成、智能、可修复的仿生系统?”

即便神舟十二号上精巧的“天和”机械臂,其系统的集成度、智能化、以及自我修复功能也远远低于生物系统。人类文明每一次跨步,都是一步步向大自然“求教取经”的结果。

科学更是自诞生以来就在向大自然求教,诺贝尔奖章正面是诺贝尔的侧面头像,其反面图案描绘科学女神揭开神话女神伊西斯的面纱,伊西斯代表大自然。

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科学女神揭开大自然女神伊西斯的面纱

现在科学正从物质表面深入到物质内部,从非生命转向生命系统全面模拟大自然。

只要立在大自然的根基上,而不是虚无概念与飘渺人心,在宗教空想与人际关系中空转,人类文明就有希望。

以上两个问题,保证人类将聪明用于星辰大海的开拓创新,而不是炒房炒股炒比特币,惦记几捆白菜的流量。

十大问题还剩下最后一个,即第七个问题“暗能量和暗物质的本质是什么?”

暗能量是指未知的“斥力”来加速宇宙的膨胀,暗物质是指未知的物质来产生额外的引力,按照目前的观测推算,这两者分别约占宇宙总能量的70%和25%,而由质子、中子和电子组成的正常物质只占5%。

这是温伯格终其一生都在探索的问题,暗能量与暗物质的发现,似乎是对标准模型创建者们追求统一与根本的嘲讽,他们希望统一已知的四大基本力,却多出了新的“斥力”,他们希望继续下探基本粒子的物质组成,却多出了不属于物质的暗物质。

这就如当年爱因斯坦,后半生都在统一引力与电磁力,没想还有一对强力与弱力隐藏在原子中。

霍金曾经也是终极理论的追求者,后来放弃了,其理由是“一个物理理论乃是一个数学模型。因此如果有数学命题不能证明的话,那就有物理问题不能预测……我很高兴我们寻求知识的努力永远没有终点,我们始终都有获得新发现的挑战。”

第七个问题象征了人类婴儿超越吃奶的认知不是终点,我们采完了低垂的果实,只要坚持不懈往上爬,上面还有采不完的高垂果实。

宇宙可能没有统一的根本,却永远都有未知的发现。

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采集高垂果实,需要大规模集团军作战。

以上问题的解读者,不少都提到了解决问题需要多个学科的交叉融合。

南京大学天文与空间科学学院教授、2019年“科学探索奖”天文和地学领域获奖人施勇表示,多种探测手段的结合和互补是我们真正理解暗物质和暗能量的关键。

魏勇强调,国际合作是实现人类移居火星的最优方式,世界科技合作与竞争也有可能围绕这一问题,产生新局面和新态势。

香港城市大学机械工程系讲座教授,工学院副院长、2020年“科学探索奖”先进制造领域获奖人王钻开指出,仿生系统的构建,涉及到方方面面:从材料、制造到组装,从单元、个体到集群。

北京大学生命科学学院教授,2019年“科学探索奖”生命科学领域获奖人李毓龙声称,要揭开人脑的奥秘,人类需要在技能树上点亮一系列学科深度交叉的新技术:包括神经网络空间结构解析技术、大规模神经活动记录和分析技术,以及精准的神经操控技术。

而这十大科学技术问题的提出,本就是100位科学家共同发起和投票选出的。

8月1日的主论坛表现为跨越几代科学家,打通各个学科界限的交流,李培根、潘建伟、邬贺铨、汤超等院士与刘颖、吴华强、陈玲玲、陈宇翱、李铁风等“科学探索奖”获奖青年科学家同台,围绕“十大科学技术问题”、科技发展趋势和跨学科融合进行了跨界交叉对话。

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科学家讨论十大科技问题

2013年,《自然》发表了一篇悲观的文章,《爱因斯坦之后,科学天才灭绝》。

天才就像命运多舛的渡渡鸟一样灭绝了。

科学天才不是灭绝了, 而是彼此联合组成了更加强大的团队。

那些高垂的果实,需要千千万万个爱因斯坦携手才能采集。
大家都是出来卖的,何苦自己人为难自己人
那些活好的,或者活新的,或者花样多的,
或者老板拉皮条功夫好能拉到肯多花钱的客的,
拜托不要老是打击年老色衰的同行了

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