半佛仙人:星辰大海在前,科学承载为舟/2019-11-06

2019年11月6日10:00:55 发表评论
科技的体现是效率和工具。
科技的目的是什么?
如果说人类在原始时代使用工具,只是某个个体想要便利地完成眼前之事,那么到我们开始用科技去探索这个宇宙的奥秘,科技就已经有了更高级的使命——为人类这个种群找到生存的出路。
科技向人。
1950年,物理学家费米正在和朋友闲聊。
聊到飞碟、外星人和地外文明时,费米忽然提出了一个问题:
“那么,他们都在哪儿呢?”
当时公认的科学推论,是宇宙中必然存在技术远迈人类的外星超级文明,也必然曾与地球发生过接触。
而另一个事实是,我们从未确凿地发现过外星人的踪迹。
48年后,学者罗宾·汉森用“大筛选”理论解释了费米的悖论。
宇宙之所以死一般的寂静,或许不是因为星辰之间没有其他文明。
而是因为在它们成长到可以完成长距离的宇宙航行之前,就已被漫长的技术停滞困死在了母星上。
无边无际的真空和不均衡的物质能量分布,是宇宙天然的囚笼。
在一个文明获得闯出囚笼的技术之前,还要先通过诸如出现生命、制造工具、在可能出现的核战争中幸存等筛子。
我们每个人,都是宇宙的囚徒。
罗宾列出了九层筛子,并指出人类正处于第三层到第四层的夹缝中。
如果不能通过筛选器,人类文明就会泯然于星空,无声无息地毁灭在地球上。
我们只是繁星中的微尘。
时间来到二十一世纪,决定人类能否通过现在这层筛选器的,是可控核聚变技术。
这是解决宇宙航行核心难题的钥匙,也是突破人类与无尽星辰隔膜的刀锋。
然而无论什么时候,你去问科学家,可控核聚变还有多久才可以实现,得到的回答都是50年。
50年前是这个回答,50年后可能还是这个回答。
筛选器已经初步暴露它的狰狞面目,科技正在上锁。
2008年至今,造价超过百亿美元的大型强子对撞机,没有为人类发现任何新东西。
即使找到了标准模型预言的Higgs粒子,这场盛大的实验也只是让人类扬弃了一些被证伪的旧猜想。
聊胜于无。
2011年秋,意大利格兰萨索山下的地穴实验室,科学家宣称他们捕捉到了超越光速的中微子。
举世轰动。
几个月后,狭义相对论又一次证明了自己的不可推翻。
消息传出:
“没有超光速,没有时间倒流,只是GPS接收器和电脑之间的光缆松动了”。
世界的规律仍在爱因斯坦的支配之下,我们在基础科学上的进展,至今没有超越前人的凝视。
那个黄金时代里,基础科学研究精进勇猛,人类对世界的认知突飞猛进。
技术与理论犹如双螺旋结构,纠缠上升。新技术的出现为基础科学的提供研究工具,基础科学的突破,则引动了新技术的爆发。
三百年前,高精度天文望远镜的出现,带来了大量准确的天文数据,进而为牛顿万有引力定律的总结做好了铺垫。
而光谱技术和精密加工能力的飞跃,则让20世纪的人类发现了原子光谱的超精细结构,自此哥本哈根学派的大宗师玻尔开量子力学、哥本哈根诠释之先河。
这些变革不仅重塑了人类对世界、对宇宙的认知,也转化成了无数技术,深入我们的生活。时至今日,我们仍然在享用第二次科学革命的遗泽。
基于量子力学的电子计算机,基于相对论的裂变核电站,还有更多还在消化中的东西。
比如量子计算机,比如可控核聚变。
世界是一颗树,基础科学是根,技术如同枝叶,树若根深蒂固,自然枝繁叶茂。
而今天的基础科学,没有经典力学体系构建的筚路蓝缕,没有量子力学与相对论诞生的天翻地覆,筛选器下,人类在这个时代的表现平庸得令人失望。
固然标准模型和弦论都是重要的物理理论,但比之牛顿力学与量子力学,却再无奠定一个时代基调的魄力。
上一次基础科学的跃进虽然带来了诸多科技红利,到今天还没有彻底消耗完,但果园里低垂的果子已经摘完,剩下的都是挂在高处的果子。
技术停滞,基础科学也随之戛然。
上一个科技树衍生出来的技能还未全部点出,下一个科技树遥遥无期。
有人说,这是一个天才束手的时代。
没有新技术作为研究工具,我们的科学家就只能像牛顿之后、爱因斯坦之前的科学家一样,做一些修修补补的工作。
还有人说,这是一个一流的科学家只能做二流工作的时代。
于是所有的野心都被放在了应用层,资本裹挟而来,技术滚滚而去。
金钱潮汐下,是贪心覆盖初心。
那些依旧在基础科学上坚守的人,独自为人类通过筛选器增加着渺茫的希望,犹如西西弗斯推石上山。
何其寂寞。
2
如果一个社会奉行利润为王、经济至上,就意味着技术投入要有产出。
别扯什么仰望星空,ROI和KPI才是正义。
当人类的耐心变得越来越少,当科学不再服务于未来,而是受雇于资本,那些短期内不能变现的技术,要么被放弃,要么被滥用。
不能赚钱,留他作甚?
1950年以后,全人类拥有了一段共同的浪漫主义时期。
那时候的技术投入,不惜代价,不计成本,所有人都把眼睛望着星辰大海。
继阿波罗登月后,人类又发现了DNA双螺旋结构。
大至星辰宇宙,小至生命密码,开锁的钥匙已经拿到,打开终极奥秘的大门仿佛就在人类眼前。
上世纪70年代以后,美国卫生研究院每年都要拿到巨额的经费,美国国会甚至通过法律,让生物领域的经费在世纪之交的短短几年内翻番。
但海量资金投入后,资本渴求的回报却迟迟没有来到。
——科学家们的研究并非毫无进展,但是生物工程上的进展,在产生质变前很难获得实际应用。
有个可能让普通人有些无法理解的事实是,媒体报道的那些生物突破,无论是解析了什么蛋白质、神经递质,还是阐明了人体的什么运行机制,这些成果其实都只是在领域内的小圈子里造成影响。
生物工程诞生的奇迹,将长期停留在实验室里,无法给实际生活带来改变,也就无法给资本带来利润。
反噬随之而来。
当资本的潮水褪去,无数生物工程的从业者都感受到了凛冬的寒意。
“21世纪是生物的世纪”,成为一句讽刺。
上世纪末,纳米材料一度成为高科技的代名词。
当时的人们对这项新技术充满期待——从太空电梯到医用纳米机器人,纳米材料寄托了太多浪漫主义的幻想。
然而到了2019年,纳米技术虽有应用,却没能实现当初的期许。
接踵而至的应用难关,让过于乐观的人们意识到,纳米材料离全面实用还有很长的距离。
只要带上纳米材料的标签,就可以大笔申请经费的优渥待遇也成为了过去时,研究者开始面对窘迫的环境。
就好像没能打出井水的土地,纳米技术被资本划进了黑名单。
与此同时,“纳米”这个概念走俏于商品市场。
无数贴着纳米标签的东西如雨后春笋般冒了出来,无论是日用品还是化妆品,纷纷宣传自己使用了纳米技术,因此具有了某种神效。
纳米一词,在普通人眼中与招摇撞骗划上了等号。
时间疏忽而过,人类走入了互联网时代。
这次被捧为明星的是大数据和算法。
和生物工程与纳米材料一样,大数据和算法同样被寄予厚望,在教育、经济、社会工作等方面都深有潜力。
然而,只在这些领域发力,带来的利润无法满足资本的胃口。
它还渴望更多。
于是移动互联网上被推荐算法塑造起一座座信息茧房,算法成为了捆绑用户的工具。
喜欢的内容被反复推送,只能看到自己想看到的信息——他们被强化了偏好、培养了惰性,在一遍遍地自我认可中,他们的世界观被固定了。
一旦有机会踏出舒适区,这些被信息茧房困死的人反而会无所适从。
人类全面看待世界的能力,在推荐算法的无底线使用里被消磨殆尽。
另一方面,互联网被爬虫搜索蛀得千疮百孔。
这些批量获取的信息常常被贩卖出去,从爬取者到中介到使用者,链条上的利益方用技术吮着社会的疮。
没有人在意别人的隐私泄露会造成什么后果,原本可以用来让这个世界变得更好的技术被滥用,成为有些人作恶的帮凶。
那些精准瞄准目标的骚扰电话,那些出现在网页上引导你去莆田医院的带血的广告,无不借助大数据和算法施展淫威。
为了更多的利润和更快的回报,技术被摆上了砝码台。
万物皆有价,技术也不例外。
基础科学无人问津,变现困难的技术被果断放弃,在资本的驱动下,这个世界显得如此理智又如此短视。
在应用层和经济层的温柔乡里,资本得到了眼前的利益,人类却在失去未来。
资本代言人死后,不管洪水滔天。
当然资本不死,资本永生。
3
普通人往往更关注技术,而对基础科学的重要性理解不深。
但从根本上来说,基础科学应该是主干,技术只是主干上发展出来的枝叶。
基础科学的一点突破,将带动一系列新技术的产生,最后在方方面面,立体地改变我们的生活。
高露洁公司曾生产过一种的含氟牙膏,制造这种牙膏的时候,需要把氟化物加到牙膏管里面去。
加氟工序会导致氟化物的粉尘四散,引发车间安全警报,这个问题困扰了高露洁公司很久,一直无法通过技术手段解决。
后来高露洁公司选择让氟化物带电,再通过塑料管吸收,这种方法依据的是物理学上的静电效应。
互联网上时刻在爆发式地增长数据,这些数据的存储目前还能够通过硬盘数量的堆砌来解决,但随着信息量级的提高,迟早会出现硬件能力的增长跟不上数据增速的问题。
但这个隐患,已被基础科学研究的一个新发现所缓解。
在斯格明子霍尔效应中,斯格明子的间距可仅为几纳米,而现代硬盘的磁畴最少为100纳米。
基于该效应的理论原理,下一代储存技术可以使200平方毫米左右的单芯片实现TB级存储。
基础科学在这个领域的单点突破,将让互联网数据垃圾海啸晚来起码50年。
受该技术的影响,大数据,人工智能,云计算等互联网产业,才有了继续发展的硬件支持。
不然数据海足以拖垮一切公司。
如果没有电磁理论的麦克斯韦方程,就不会有收音机、电视机、手机、GPS。
我们甚至不会有因特网和有线电视,因为电缆光纤的设计也要靠麦克斯韦方程。
如果没有量子理论的薛定谔方程,我们就不会有半导体工业,进而也不会有半导体器件、集成电路、电子计算机、手机、电视机、LED照明,以及一切电子仪器设备。
这就是基础科学的力量,它拓宽人类的认知边界,也为技术的发展抬高天花板。
当技术越接近基础科学的高度,技术就越举步维艰;基础科学超过技术越多,技术在红利期的提升就越顺遂。
这种顺遂有时会让我们忽视基础科学的作用,只有在技术逼近瓶颈的时候,人类才会感受到被扼住脖颈的痛苦。
从采摘文明过渡到农业文明,人类用了八万年。
从农业文明到工业文明,人类用了八千年。
从工业文明诞生到电灯泡的出现,人类只用了一百二十年。
九十年后,人类登上月球。
二十二年后,互联网出现。
又过了九年,人类基因组测序完成。
仅从这段历史展现的规律来看,技术的突破速度在不断增加,这似乎足以让人类感到乐观。
但是当我们把视角投向另一个数字,或许就能感受到大筛选器的存在。
在漫长的人类历史中,依靠畜力,人类能达到的速度被禁锢在每小时25英里以下。
1900年,这个数字达到每小时100英里左右。
飞机诞生后,人类逐步接近音速。
迄今为止,人类运动速度的最高纪录是2.5万英里/小时,由1969年的“阿波罗10号”缔造。
那时的人们本以为这只是一个开始,没想到却已经是颠覆。
人类再未登上过月球,NASA提出的三十年内移民火星被当成骗国会经费的鬼话。
在上个世纪被严肃讨论的太空度假和宇宙历险,到今天又重新归为科幻话题。
整整50年的时间里,推进技术都没有发生革命性的变化,曾经提枪上马的核动力火箭已经彻底销声匿迹。
火箭燃料一日不能摆脱化学燃料,人类就一日不可能把脚步迈向宇宙。
不光是推进技术与能源技术,事实上,随着上一次基础科学跃进留下的科技红利被消化得七七八八,人类目前已经在很多技术领域面临窘境。基础科学的变革一日不来,这种窘境一日无法破局。
甚至可以这么说,变革的时机来得越迟,人类越可能永远被困死在太阳系内。
或许已然有无数曾达到甚至超过人类高度的文明,未能在母星贮藏的化学能源开发殆尽前,踏出所在的恒星系,最终在绝望中重返了原始。
宇宙会筛选出配得上它的文明。
4
一个文明在面临大筛选器的关键层的时候,必然会出现人杰的井喷。这是一个文明的底力,让它能够在危机面前挣扎求存的潜能。
在科学研究的最前沿,那些踯躅前行的科学家们,早已意识到了基础科学停滞背后隐藏的危机。
各领域的前沿科学正在发力,从普通人的视角来看,这些成果和往常的每一个科学新闻相比并没有什么不同,但将它们放到大筛选器的视角下来看,这或许便是人类文明的一场自救。

2019腾讯科学WE大会,诸多科学家分享了各领域研究的最新成果。

清华大学类脑计算研究中心主任施路平正在开发的类脑计算机,很可能就是人类破局的希望之一。
WE大会:施路平展示类脑计算
南方周末曾经报道过数学界的一件事情,有四位年长的数学家出版了一本书,叫《有限单群分类》(The Classification of Finite Simple Groups)。这本书是350页,其实只是一个摘要,完整的证明多达15000页,是数学史上最庞大的证明。
这四位数学家出这本书,其实是为了和死神赛跑。因为他们都已经6、70岁了,能够理解这些证明的人就剩他们几个了。他们害怕在年轻一代数学家接班之前,就会离开人世。
很多领域都有类似的现象,一个小型学科,往往最尖端的知识就藏在几个人的脑子里。也许一场车祸意外,就可能让人类在这个领域的水平倒退十几年。
基础科学的突破越来越需要时间的累积,光凭人类的智慧已经远远不够,未来的突破更需要人类智能和人工智能的结合。
施路平研发的类脑计算机,其原理同时基于神经科学的类脑计算和计算机科学的人工智能。而作为目前最接近独立思考的一种人工智能,类脑计算机或许可以成为结合人类智能与人工智能的契机。
现在其他学科的研究上,上一次基础科学革命中,基础物理提供的潜力有很多还没被发掘出来。
也就是说,基础物理比起其他学科的研究其实是超前的。但是正如基础科学与技术的关系一样,基础物理同样提供了其他学科的天花板,如果等到被基础物理制约,其他学科的发展就会全面陷入危机。
丁肇中的弟子王贻芳测出的“幽灵粒子”中微子振荡模式,被誉为“中国本土迄今为止最重要的物理学成果”。
王贻芳认为,大型对撞机是物理学家需要的科学装置,也是通往“理解世界和宇宙的规律”这一人类终极问题的必经之路。2018年,他领导的大型对撞机项目的概念设计报告正式出炉。
假使中国建设了大型对撞机,自然未必能在我们的有生之年得到有意义的发现,但是无数日常数据的积累,都将成为人类对宇宙奥秘认知的积淀,在基础科学的突破积蓄能量。
无论是基础科学还是技术,最终要解决的问题,都是如何让人类生活得更好。
寻找人类未来出路的科技,和关怀人类种群现状的科技,这两者并不冲突,甚至相辅相成。
施路平在WE大会上讲类脑计算机之前,先说了这么一段话。
“我通常只参加学术活动,这次之所以接受腾讯的邀请来做这一个演讲,是因为他们提出了一个“科技向善”的理念,和我们的理念是相通的。我们衷心的希望人类在发展我们的技术、探索外界世界的同时,能够也研究一下我们的内在世界。”
我对WE大会上这两个前沿科学的理解,它们关注的是非常根本的命题,就是科技应该怎么让人类更加逼近无人星空,推动人类找到出路。
固然,我们要先通过大筛选器,人类才有未来。
这是在谋万世。
但是,除了生存下去,科技还在告诉我们应该怎样生活。
最前沿的科技同样可以用来解决最民生的问题,我们不但要仰望星空,也需要脚踏实地。
就和人类第一次使用工具时的初心一样,科技同样不能忽视的目的,是让人类这个种群生活得更好。

WE大会:腾讯首席探索官网大为
科技向善。
有些贫困地区的基础设施建设特别匮乏,村子还没有通路。因为地区偏远,如果修路,成本可能非常高,但是如果不修路,这些地区的人又无法享受到便利的交通。
科技关注到这些贫困地区的人,去改善他们的生活环境,这就是科技向善的一种。
要么因为科技的发展,降低了修路的成本,能够以一个比较廉价的方式解决交通问题,要么就是科技在一个更高的角度解决了这个问题。
爱因斯坦说过一句话:“我们面对的重大问题,永远不能在产生问题本身的层次上被解决”,其实不光是基础科学研究中遇到的问题如此,在其他很多地方都有这样的情况。
还是在腾讯科学WE大会上,腾讯公司首席探索官网大为给这种情况提出了一个方案,就是科技发展以后,新技术从更高层面解决了老问题。
网大为介绍了一种电动垂直起降飞行器,是德国一家企业实际的原型机,这种飞行器使用电驱动,可以垂直起飞,不需要跑道。
这个技术的突破性在于,它的飞行成本比烧油的汽车还要低,这就改变了传统的飞行模式,让私人飞机未必只是少数人的一个特权,而是可以成为大众的交通方式。
甚至这种飞行器可以节约修路的成本,直接通过飞行器把社区联系起来,这是新技术带来的一个思路的颠覆。在科技出现这样的进步之前,不可能不修路,反而为贫困地区提供飞机。
网大为在演讲中说,“我们怎样迎接2050年前容纳100亿人在世界上可持续的生活?食物、能源、水至关重要。这些领域又相互勾连,我们在一方面取得进展,就有助于解决其他方面的需求。”
从贫困地区的出行到食物、能源和水,人类必须在现阶段先解决掉现有的问题,用科技让每个个体活得更有尊严。
从生命科学、数学、物理学、化学和各种交叉学科,人类必须先从科学向善开始,再到科学向人。
腾讯科学周里,先是给来自9大领域的50位获奖青年科学家颁发了腾讯科学探索奖。

2019年科学探索奖获奖者合影

在医学ME大会上,多位全球顶尖医学科学家展示了癌症、艾滋病等医学领域的最新进展。

腾讯医学ME大会提出的“生命之问”
在腾讯科学 WE 大会上,众多全球顶尖科学家带我们从微观世界中窥见宇宙,分享了细胞疗法、弦理论、脑芯片、粒子机器人等前沿科学进展。
有指引未来的基础科学,也有顾眼当下的技术成果。
这些是科技为人类夯实的地基。
奔向星空,需要踏在坚实土地上。
愿现世繁华,未来无限。
5
有人说,人类在地球上世世代代繁衍生息,除了作为基因的奴隶,作为短暂的宿主载体,替基因达到永生的目的之外,能做到为数不多有意义的事情,就是触及到整个人类认知的边界,并耗尽毕生的心血,为人类的认知疆域开辟出微不足道的一点新领土。
而对普通人来说,我们或许不能参与到最前沿的科学研究中去,但作为人类,我们都是对世界充满好奇的。
我们好奇生命运转的规律,人类如何才能永生;我们好奇太空隐藏的秘密,何时我们才能跨越星空。
这些问题对整个人类群体来说,是关乎能否突破大筛选器的重要议题,而对于每一个人类的个体来说,同样是我们应该关心的内容。
这些过于前沿的东西,离普通人的生活确实很遥远,以至于无法直接派上用场。
但是许多事情并不是为了有用才去做的,就好像许多基础科学的研究,最初也只是为着满足人类的好奇才开始的。
在刘慈欣的小说《朝闻道》中,我特别喜欢这个段落:
排险者解释他们是在什么时候注意到地球文明的,地球上的科学家们回顾科学的发展,纷纷猜测是普朗克时代,是亚里士多德时代,但是排险者只是摇摇头,告诉他们,一切要比这些早得太多。
于是人们看着几十万年前的录像,就在一个原始人抬头仰望星空的那一刻,排险者的预警系统开始报警了。
人们很是诧异,排险者解释道:“这很难理解吗?当生命意识到宇宙奥秘的存在时,距它最终解开这个奥秘只有一步之遥了。比如地球生命,用了40多亿年才第一次意识到宇宙奥秘的存在,但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到40万年时间,而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对宇宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石,其后你们所谓的整个人类文明,不过是弯腰去拾它罢了。”
知乎上有过一个问题:从身体素质来说,人类并不是顶级的猎食者,但最后为什么是人类站上了食物链的顶端,成为万物之灵?
有人说是工具,有人说是团队协作,有人说是身体构造。
我觉得或许是因为十万年前,一场疲惫的狩猎后,在回到部落的途中,一个原始人忍不住揉了揉眼,然后抬头。
看到头顶星空璀璨。
探索的萌芽,就此根植于人类的族群基因中。
命运之轮,开始转动。
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