科学如何改变过去100年的世界?

本文转载自科技导报（ID：STReview）

图1 英国皇家学会会长、诺贝尔化学奖获奖者文卡·拉马克里希南

2017 年10 月，英国皇家学会会长、诺贝尔化学奖获奖者文卡·拉马克里希南（Venki Ramakrishnan）爵士在BBC 的演讲中设想了科学发现的本质，他谈到“现代发明往往依赖于人们几百年前的发现”。科学在短短100 年的时间内改变人们的世界观，人们应关注当下的科学研究，就像人们100 年前曾关注的一样。

如果人们可以发明时光机器，将人类社会中最聪明的人从1900 年运输到今天的世界，他们一定会惊讶现代人处理困扰人类几百年问题的方式。很难想像，在这100 年中，人类的科学技术有了如何巨大的飞跃。在100 年前，人们不知道自己是如何继承和传递人类的性状，单细胞如何能够成长为一个完整的有机体。人们不知道原子本身就有结构（atoms 这个词本身意味着不可分割），或者为什么存在引力。人们也不知道一切是怎么开始的，无论是地球上的生命还是宇宙本身。现在，由于基础研究的不断发展，人们可以回答或至少开始回答这些谜团。这些问题的解答已经改变了人们看待世界的方式，也正在改变人们的日常生活。因此，今天人们理所当然可以认为，这些改变来源于基础科学和技术相互作用，每一个互动都在推动着技术的前进。几乎每一个现代发明都有一个或许多的基本原理的发现作为推动，从而使之得以实现。而往往这些基础发现已经有数百年的历史了。例如，如果没有牛顿的运动定律，人们无法发明出喷气发动机和火箭。

在这100 年之中，科学发现及研究的过程中有许多重要的时刻，例如DNA 双螺旋结构（图2）的发现震动了学术界,启发了人们的思想。但即使这样的重磅发现也是基于达尔文（Darwin）和孟德尔（Mendel）工作的成果之上。自DNA 结构发现后，人们以遗传学为中心展开了大量的分子生物学研究工作，包括4 种碱基如何编码20 种氨基酸，并最终破解了遗传密码，基因在DNA分子水平上得到了新的验证。基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的，在此基础上，科学家们相继发展出基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等,带动了现今生物技术的发展，人类的整个DNA——人类基因组已经被测序。

图2  DNA 结构的发现是科学史上的重要一刻（图片来源Science Photo Library）

这反过来又使人们有能力弄清楚遗传疾病是如何产生的，以及如何解决这些问题。最近研究表明，科学家有希望通过修改人们的基因来治愈癌症。蕾拉（Layla Richards）是世界上第一个采用基因疗法的女孩，蕾拉1 岁时被诊断为白血病，而传统治疗方法对她无效，随后专家团队采用了CAR-T 疗法，经过18个月的治疗，蕾拉的病情明显好转。这一结果表明了基因编辑疗法的有效性。CAR-T细胞疗法通过对免疫细胞进行基因修饰来靶向癌细胞。修饰后的免疫细胞可以在病人体内识别癌症细胞表面的特定分子，这使得它可以在不损害正常基因功能的情况下立刻杀死癌细胞。人类的复杂性使人们才刚刚开始了解自己的基因如何调控身体以及它们如何与环境相互作用，与此同时遗传技术也给社会带来一些伦理问题，包括应如何适当地理解及使用基因技术，以及在研究过程中，应如何进行限制。

大爆炸宇宙论的出现也是如此。100年前，诸如宇宙存在的奥秘，对许多人来说还牢固地局限于信仰的领域。自从人们观察到宇宙不是恒定的，而星系总是在向外分离渐远后，人们可以确定宇宙是从一个大爆炸（图3）开始的。这一知识让人们了解到–现在存在的最大问题是，一切都来自哪里？这种想法使人类的蓝色星球看起来越发渺小，然而人们仍在不断追求更多的外界的知识。从阿波罗探测器到卡西尼探测器，再到用于寻找引力波和系外行星的哈勃望远镜，所有这些突破似乎让人们对宇宙更加好奇。

图3  人们了解到宇宙是从一个大爆炸开始的（图片来源SPLImage caption）

今天，人们大部分时候通过电子屏幕来看这个世界。智能手机已经非常普及，在这一物体的发明过程中，也有许多重要的科学发现。智能手机强大的计算能力取决于由晶体管组成的集成芯片，其发现与量子力学息息相关。智能手机中的GPS 系统依赖于使用狭义的广义相对论（即人们曾经认为没有实际价值的理论）来校正来自卫星的时间。“我怀疑有多少人了解这个小盒子背后的所有发现。”文卡谈到。

计算机在推动着科技的发展，挑战人们看世界的角度。机器学习的应用正逐渐改变人们的生活机器学习在包括医疗保健和改善其他公共服务等领域展现了巨大的潜力，并可能很快带来无人驾驶汽车（图4）和更加复杂的机器人，但是人们需要做出主观决定，使智能机器促进人类蓬勃发展。

图4  机器学习产生了无人驾驶汽车（图片来源GETTY IMAGES）

科学和技术发现本身在道德上是中立的，但人们对它们的使用却不是。一个把人们世界观转向到两个截然不同方向的发现就是核裂变。它的发现导致了已知最具破坏性武器的发展。有人认为，对于破坏的恐惧已经成为渴求和平的强大动力，但从今天与朝鲜的局势可以看出，这不是一个稳定的解决办法。另一方面，核裂变也保证了一个可靠的能源来源，而这个能源曾被乐观地预测为“太便宜了”。

科学是追求关于人们和人们周围世界的知识。对知识的追求塑造了人们对世界的看法，对知识的应用也是如此。科学使当代人的生活质量比100 年前的祖先好得多。但是科学技术的应用并不是科学家单独塑造的，这依靠文化、经济和政治因素的相互作用。科学是人类知识的胜利，了解其多种用途可以帮助人们参与影响到所有人的决策。

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未来科技发展的趋势是什么？

本文转载自未来技术前沿，来源：知乎

科技发展是不定向的。也就是说难以预测未来科技发展趋势。说这话，你可能会不满，怎么可能难以预测？举个例子吧，蒸汽机发明时，引发第一次工业革命时，那时候人要预测未来的科技，会怎样想呢？可能就会像蒸汽朋克里想的那样吧。把蒸汽的力量无限化，想象出一个蒸汽力量至上的世界。那后来，你也看到了，蒸汽机技术似乎没想象中持续指数发展，反而突然杀出电力和内燃机，引发了第二次工业革命。然后你看，得益于第二次工业革命，载人航空方面，第一架载人飞机1903年刚起飞，1969年人类居然就到了月球上。这载人航空技术发展，堪比现在的摩尔定律吧。

那时的人如果预测未来会怎样想呢？他们会想，1903年载人飞机刚诞生，而1969年人类就可以到月球上去了，才短短66年时间。按照这牛逼发展速度。五十年后，肯定天空到处都是飞行汽车啥的，太空旅游什么很普遍，月球太空基地肯定都建好了，火星上肯定人类也去过了。然后你看，距离1969年，48年后的现在，载人航空技术似乎并没有那么牛逼……反而后来半路，杀出个互联网和大规模集成电路。于是啊，来了一场信息革命，互联网、手机、电脑出来了。然后得益于互联网和大规模集成电路的发明产生的技术红利，IT行业迅猛发展，还诞生了工业摩尔定律这个说法。也就是每过18个月，集成电路上晶体管会多一倍，而价格不变。也就是说，每隔18个月，一块钱买到的电脑性能会增加一倍。然后你看到了我们现在有些人，是怎么预测未来的的了:电脑性能，每18个月翻一倍，也就是说根据指数发展，未来计算机的计算能力将会远远超过人类，然后就会出现强人工智能，然后强人工智能，会造出更强的人工智能，一直持续下去，会导致技术奇点……和以前人们的想象力，其实如出一辙。

上个世纪，人们也是这样看待载人航空技术的。认为载人航天技术会永远指数爆炸发展。一项技术发展，是呈S型发展的，而不是J型的。有指数增长时，也有平缓的线性增长的时候。蒸汽机刚出来时，那时候人们可能会认为蒸汽机技术，将会一直指数爆炸发展，直到未来产生一个基于蒸汽机的伟大世界。但后来蒸汽机技术停滞了，人们去点亮内燃机和电力的科技树了而第二次工业革命时，载人航空技术迅猛发展，短短几十年，就从无到有，从有到飞到月球上去。上个世纪的人，预测未来几十年后，是飞行汽车到处有，人类建立月球基地的年代，但现在航空技术也进入了平缓发展期，并没有像他们想的那样。

当然，虽然单项技术是呈S型发展，但我们的整个技术生态圈，包罗万象，林林总总，指不定会从哪个角落杀出哪一匹技术黑马来，重新改变世界，又爆发一次科技革命。好比，蒸汽机出来了，一下子处处都用上了蒸汽机，人们可能认为蒸汽机会无往而不利，但后来蒸汽机技术停滞了，杀出了电力和内燃机，定义了第二次工业革命。然后人们认为内燃机会无往而不利，但后来你也看到现在基于烧汽油的内燃机技术的汽车，也只剩下修修补补的小功能改进了，不可能会有太大变革。即使倡导的新能源汽车，也是基于电池技术或者其他，而不是内燃机技术的延伸。上个世纪，预测未来，谁会想到后来会杀出互联网和集成电路这黑马呢？那时，人们根据科技发展，认为几十年后的未来是飞行汽车、月球基地，他们不会想到几十年后是淘宝购物、微信聊天。

同样，比如我们很多人猜测未来的发展趋势是怎样的:无人驾驶（车联网），这其实核心技术仍然是基于信息技术和集成电路，也是IT和集成电路技术的延续……AR、VR，也是IT和集成电路，智能家居，也是IT和集成电路，工业物联网，也主要是IT和集成电路，机器人，需要研究计算机视觉等技术，也是IT和集成电路，……你会发现，我们现在，关于未来科技发展趋势，想象未来，其实绝大部分，都是基于上世纪互联网和大规模集成电路的发明，带来的信息革命红利，思维逃不出这个藩篱。跟上个世纪人们想象未来科技，那时照样是根据载人航空的逆天发展速度来想的，推测几十年后是飞行汽车和月球基地什么的。但就像刚才说的，单项技术发展是呈S型发展的，比如蒸汽机技术、内燃机技术，载人航空技术什么的。不可能永远指数爆炸发展。现在，摩尔定律快失效了，谁知道未来IT和大规模集成电路的技术红利能持续多久？也许，跟以往一样，半路从技术生态圈中，某个角落杀出一匹技术黑马来，比如突然来一场医学技术革命、生物技术革命、化学技术革命也说不定。当然，也有可能悲催的迟迟不来新的技术突破，我们只能继续啃IT和大规模集成电路的技术红利。

有人说，这三四十年，IT行业的迅猛发展，掩盖了其他行业技术的停滞不前。其实也有道理。因为我们现在就是在吃信息革命的技术红利嘛。爆发的是信息革命，而不是生物革命，也不是化学革命。只是，我希望未来科技来点新花样就好了。比如核聚变大突破，来一次第三次工业革命？不过这太远了。希望来点新的想不到的花样。