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 科學如何改變過去100年的世界?

本文轉載自科技導報（ID：STReview）

圖1 英國皇家學會會長、諾貝爾化學獎獲獎者文卡·拉馬克里希南

2017 年10 月，英國皇家學會會長、諾貝爾化學獎獲獎者文卡·拉馬克里希南（Venki Ramakrishnan）爵士在BBC 的演講中設想了科學發現的本質，他談到“現代發明往往依賴于人們幾百年前的發現”。科學在短短100 年的時間內改變人們的世界觀，人們應關注當下的科學研究，就像人們100 年前曾關注的一樣。

如果人們可以發明時光機器，將人類社會中最聰明的人從1900 年運輸到今天的世界，他們一定會驚訝現代人處理困擾人類幾百年問題的方式。很難想像，在這100 年中，人類的科學技術有了如何巨大的飛躍。在100 年前，人們不知道自己是如何繼承和傳遞人類的性狀，單細胞如何能夠成長為一個完整的有機體。人們不知道原子本身就有結構（atoms 這個詞本身意味著不可分割），或者為什么存在引力。人們也不知道一切是怎么開始的，無論是地球上的生命還是宇宙本身。現在，由于基礎研究的不斷發展，人們可以回答或至少開始回答這些謎團。這些問題的解答已經改變了人們看待世界的方式，也正在改變人們的日常生活。因此，今天人們理所當然可以認為，這些改變來源于基礎科學和技術相互作用，每一個互動都在推動著技術的前進。幾乎每一個現代發明都有一個或許多的基本原理的發現作為推動，從而使之得以實現。而往往這些基礎發現已經有數百年的歷史了。例如，如果沒有牛頓的運動定律，人們無法發明出噴氣發動機和火箭。

在這100 年之中，科學發現及研究的過程中有許多重要的時刻，例如DNA 雙螺旋結構（圖2）的發現震動了學術界,啟發了人們的思想。但即使這樣的重磅發現也是基于達爾文（Darwin）和孟德爾（Mendel）工作的成果之上。自DNA 結構發現后，人們以遺傳學為中心展開了大量的分子生物學研究工作，包括4 種堿基如何編碼20 種氨基酸，并最終破解了遺傳密碼，基因在DNA分子水平上得到了新的驗證。基因對性狀的控制是通過DNA控制蛋白質的合成來實現的，在此基礎上，科學家們相繼發展出基因工程、酶工程、發酵工程、蛋白質工程等,帶動了現今生物技術的發展，人類的整個DNA——人類基因組已經被測序。

圖2  DNA 結構的發現是科學史上的重要一刻（圖片來源Science Photo Library）

這反過來又使人們有能力弄清楚遺傳疾病是如何產生的，以及如何解決這些問題。最近研究表明，科學家有希望通過修改人們的基因來治愈癌癥。蕾拉（Layla Richards）是世界上第一個采用基因療法的女孩，蕾拉1 歲時被診斷為白血病，而傳統治療方法對她無效，隨后專家團隊采用了CAR-T 療法，經過18個月的治療，蕾拉的病情明顯好轉。這一結果表明了基因編輯療法的有效性。CAR-T細胞療法通過對免疫細胞進行基因修飾來靶向癌細胞。修飾后的免疫細胞可以在病人體內識別癌癥細胞表面的特定分子，這使得它可以在不損害正常基因功能的情況下立刻殺死癌細胞。人類的復雜性使人們才剛剛開始了解自己的基因如何調控身體以及它們如何與環境相互作用，與此同時遺傳技術也給社會帶來一些倫理問題，包括應如何適當地理解及使用基因技術，以及在研究過程中，應如何進行限制。

大爆炸宇宙論的出現也是如此。100年前，諸如宇宙存在的奧秘，對許多人來說還牢固地局限于信仰的領域。自從人們觀察到宇宙不是恒定的，而星系總是在向外分離漸遠后，人們可以確定宇宙是從一個大爆炸（圖3）開始的。這一知識讓人們了解到–現在存在的最大問題是，一切都來自哪里？這種想法使人類的藍色星球看起來越發渺小，然而人們仍在不斷追求更多的外界的知識。從阿波羅探測器到卡西尼探測器，再到用于尋找引力波和系外行星的哈勃望遠鏡，所有這些突破似乎讓人們對宇宙更加好奇。

圖3  人們了解到宇宙是從一個大爆炸開始的（圖片來源SPLImage caption）

今天，人們大部分時候通過電子屏幕來看這個世界。智能手機已經非常普及，在這一物體的發明過程中，也有許多重要的科學發現。智能手機強大的計算能力取決于由晶體管組成的集成芯片，其發現與量子力學息息相關。智能手機中的GPS 系統依賴于使用狹義的廣義相對論（即人們曾經認為沒有實際價值的理論）來校正來自衛星的時間。“我懷疑有多少人了解這個小盒子背后的所有發現。”文卡談到。

計算機在推動著科技的發展，挑戰人們看世界的角度。機器學習的應用正逐漸改變人們的生活機器學習在包括醫療保健和改善其他公共服務等領域展現了巨大的潛力，并可能很快帶來無人駕駛汽車（圖4）和更加復雜的機器人，但是人們需要做出主觀決定，使智能機器促進人類蓬勃發展。

圖4  機器學習產生了無人駕駛汽車（圖片來源GETTY IMAGES）

科學和技術發現本身在道德上是中立的，但人們對它們的使用卻不是。一個把人們世界觀轉向到兩個截然不同方向的發現就是核裂變。它的發現導致了已知最具破壞性武器的發展。有人認為，對于破壞的恐懼已經成為渴求和平的強大動力，但從今天與朝鮮的局勢可以看出，這不是一個穩定的解決辦法。另一方面，核裂變也保證了一個可靠的能源來源，而這個能源曾被樂觀地預測為“太便宜了”。

科學是追求關于人們和人們周圍世界的知識。對知識的追求塑造了人們對世界的看法，對知識的應用也是如此。科學使當代人的生活質量比100 年前的祖先好得多。但是科學技術的應用并不是科學家單獨塑造的，這依靠文化、經濟和政治因素的相互作用。科學是人類知識的勝利，了解其多種用途可以幫助人們參與影響到所有人的決策。

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未來科技發展的趨勢是什么？

本文轉載自未來技術前沿，來源：知乎

科技發展是不定向的。也就是說難以預測未來科技發展趨勢。說這話，你可能會不滿，怎么可能難以預測？舉個例子吧，蒸汽機發明時，引發第一次工業革命時，那時候人要預測未來的科技，會怎樣想呢？可能就會像蒸汽朋克里想的那樣吧。把蒸汽的力量無限化，想象出一個蒸汽力量至上的世界。那后來，你也看到了，蒸汽機技術似乎沒想象中持續指數發展，反而突然殺出電力和內燃機，引發了第二次工業革命。然后你看，得益于第二次工業革命，載人航空方面，第一架載人飛機1903年剛起飛，1969年人類居然就到了月球上。這載人航空技術發展，堪比現在的摩爾定律吧。

那時的人如果預測未來會怎樣想呢？他們會想，1903年載人飛機剛誕生，而1969年人類就可以到月球上去了，才短短66年時間。按照這牛逼發展速度。五十年后，肯定天空到處都是飛行汽車啥的，太空旅游什么很普遍，月球太空基地肯定都建好了，火星上肯定人類也去過了。然后你看，距離1969年，48年后的現在，載人航空技術似乎并沒有那么牛逼……反而后來半路，殺出個互聯網和大規模集成電路。于是啊，來了一場信息革命，互聯網、手機、電腦出來了。然后得益于互聯網和大規模集成電路的發明產生的技術紅利，IT行業迅猛發展，還誕生了工業摩爾定律這個說法。也就是每過18個月，集成電路上晶體管會多一倍，而價格不變。也就是說，每隔18個月，一塊錢買到的電腦性能會增加一倍。然后你看到了我們現在有些人，是怎么預測未來的的了:電腦性能，每18個月翻一倍，也就是說根據指數發展，未來計算機的計算能力將會遠遠超過人類，然后就會出現強人工智能，然后強人工智能，會造出更強的人工智能，一直持續下去，會導致技術奇點……和以前人們的想象力，其實如出一轍。

上個世紀，人們也是這樣看待載人航空技術的。認為載人航天技術會永遠指數爆炸發展。一項技術發展，是呈S型發展的，而不是J型的。有指數增長時，也有平緩的線性增長的時候。蒸汽機剛出來時，那時候人們可能會認為蒸汽機技術，將會一直指數爆炸發展，直到未來產生一個基于蒸汽機的偉大世界。但后來蒸汽機技術停滯了，人們去點亮內燃機和電力的科技樹了而第二次工業革命時，載人航空技術迅猛發展，短短幾十年，就從無到有，從有到飛到月球上去。上個世紀的人，預測未來幾十年后，是飛行汽車到處有，人類建立月球基地的年代，但現在航空技術也進入了平緩發展期，并沒有像他們想的那樣。

當然，雖然單項技術是呈S型發展，但我們的整個技術生態圈，包羅萬象，林林總總，指不定會從哪個角落殺出哪一匹技術黑馬來，重新改變世界，又爆發一次科技革命。好比，蒸汽機出來了，一下子處處都用上了蒸汽機，人們可能認為蒸汽機會無往而不利，但后來蒸汽機技術停滯了，殺出了電力和內燃機，定義了第二次工業革命。然后人們認為內燃機會無往而不利，但后來你也看到現在基于燒汽油的內燃機技術的汽車，也只剩下修修補補的小功能改進了，不可能會有太大變革。即使倡導的新能源汽車，也是基于電池技術或者其他，而不是內燃機技術的延伸。上個世紀，預測未來，誰會想到后來會殺出互聯網和集成電路這黑馬呢？那時，人們根據科技發展，認為幾十年后的未來是飛行汽車、月球基地，他們不會想到幾十年后是淘寶購物、微信聊天。

同樣，比如我們很多人猜測未來的發展趨勢是怎樣的:無人駕駛（車聯網），這其實核心技術仍然是基于信息技術和集成電路，也是IT和集成電路技術的延續……AR、VR，也是IT和集成電路，智能家居，也是IT和集成電路，工業物聯網，也主要是IT和集成電路，機器人，需要研究計算機視覺等技術，也是IT和集成電路，……你會發現，我們現在，關于未來科技發展趨勢，想象未來，其實絕大部分，都是基于上世紀互聯網和大規模集成電路的發明，帶來的信息革命紅利，思維逃不出這個藩籬。跟上個世紀人們想象未來科技，那時照樣是根據載人航空的逆天發展速度來想的，推測幾十年后是飛行汽車和月球基地什么的。但就像剛才說的，單項技術發展是呈S型發展的，比如蒸汽機技術、內燃機技術，載人航空技術什么的。不可能永遠指數爆炸發展。現在，摩爾定律快失效了，誰知道未來IT和大規模集成電路的技術紅利能持續多久？也許，跟以往一樣，半路從技術生態圈中，某個角落殺出一匹技術黑馬來，比如突然來一場醫學技術革命、生物技術革命、化學技術革命也說不定。當然，也有可能悲催的遲遲不來新的技術突破，我們只能繼續啃IT和大規模集成電路的技術紅利。

有人說，這三四十年，IT行業的迅猛發展，掩蓋了其他行業技術的停滯不前。其實也有道理。因為我們現在就是在吃信息革命的技術紅利嘛。爆發的是信息革命，而不是生物革命，也不是化學革命。只是，我希望未來科技來點新花樣就好了。比如核聚變大突破，來一次第三次工業革命？不過這太遠了。希望來點新的想不到的花樣。