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未来30年的科学畅想曲

  未来30年的科学幻想曲

  2010年12月12日来源:科技日报作者:冯卫东日报编辑:我们的记者冯卫东YORK
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美国“ “探索”庆祝这个问题30周年,邀请11位世界顶级科学家到未来30年带领人类对科学进行预测,我们来看看这些科学大师是怎么说的吧。肯卡尔德拉(Ken Caldeira)(卡内基科学研究所高级科学家,国家研究委员会气候变化科学小组成员):能源是一个大问题。聪明的投资将带来很大的好处。在我的主要研究气候科学领域,最大的问题是能源。因为我们大部分的能源技术都已经建立起来了,我的猜测是,在未来几十年中,我们很可能看到能源技术的逐步改善,而不是突破。唯一可能的例外是将阳光直接转换成化学品储存,例如,您可以使用太阳来分解水,您仍然可以获得氢气。如果能够直接从阳光下生产化学燃料,同时又能开创替代石油的光明未来,而且这一过程不会将碳从地表输送到大气中。这实际上可能会改变游戏规则,但主要障碍仍然是投资规模。现在美国在薯片上的花费比能源部花在能源研发上的多,所以这个行业只愿在几年内投资商业项目。我希望能建立一个融资机制,为那些真正具有前瞻性的能源基础研究服务。更广泛地说,我认为最大的变化将是能够种植新的组织和器官以及将机器植入人体的能力。我们已经可以看到,人们可以通过植入深层脑刺激器和植入除颤器治疗心脏病来治疗癫痫。生物组织所取得的进展,加上人与机器的进一步融合,在未来几十年可能会有所改变。它可以改变人们的生活方式和年龄,作为个人,我希望他们在我需要的时候随时待命。从整个社会整体来看,对于人的意义,很难说后果是好还是不好。老龄化,死亡和接任下一代一直是人类发展的基本过程。如果我们开始改变它,最终的结果将是不可预测的。但我认为会发生。植入物也将使我们进入计算机革命的新阶段。我们可以将互联网直接连接到我们的大脑,并不间断地获取信息。我不知道这是否会在未来30年发生,但我认为这是我们要去的地方。
2.杰克·霍纳(世界最着名的恐龙专家,美国洛基山古生物博物馆馆长):恐龙可能很快就能走出博物馆,进入实验室。未来,我很高兴看到古生物学作为一个整体来获得更多的定量分析结果,我们正在越来越多的分子古生物学研究和统计学的应用,我们非常有兴趣重建动物的外观它的生命,这样的研究需要收集大量的数据,具体来说,我们正在努力收集同一物种的许多标本,以便我们可以观察到它们的个体发育特征(生物生长发育)并解释它们的行为,而不仅仅是建立一个演化的分支,说明了物种之间的进化关系Figure我们还有很多人从事相关的收集工作,他们要么只是想找到一个新的恐龙,而要指名我们很快就会真正使用古生物学将我们这个星球的生命过程整合在一起。现在,如果你问NSF在未来30年将花多少钱在古生物学方面,他们可能会说零,因为他们不那么关心历史,历史已经被历史遗忘了。角落然而,古生物学不是纯粹的历史科学,或者至少它的历史不会更长,因为很快我们可能能够恢复已经灭绝的生命形式。如果我们想看到一只像速龙,一只小食肉恐龙这样的动物,我们可以用基因工程来创造一只恐龙。当然,它不会像以前的Athlon一样,但很可能是生动的。一旦我们理解了所有基因的有用性,以及如何打开和关闭它们,我们甚至可以创造出像霸王龙一样的生物。现在人们对基因工程真正感兴趣的是他们如何帮助人类。基因工程是一项崇高的事业,正是我们要去的地方。但是一旦我们知道了我们可以处理的遗传疾病,除此之外,当我们开始思考未来时,我们有机会创造新的生命形式。作为一名科学家,我不会试图确认这种事情的是非,我只想看看有什么可能。如果我们可以创造新的物种,我会非常兴奋。 (作者临床神经学家,畅销书“把妻子当作帽子”,现在是哥伦比亚大学神经病学和精神病学医学中心的教授)
3. Oliver Sacks:我们正在学习Take大脑惊人的可塑性的优势。作为一名医生,我特别关注那些患有神经损伤或疾病的人,或那些试图改善他们神经功能的人。我最近的一个想法是,为什么一个失明的人没有精神上的窗口,他的大脑仍然能够创造出不仅能够维持而且能够得到改善和利用的视觉形象。许多失明的人仍然是视觉上的。当他们用指尖读盲文时,他们仍然有视觉体验。这不仅仅是一个类比或论点:他们的视觉皮层的功能图像表明,当他们读盲文时,视觉皮层被激活。这是一种跨模式转变,可以转化为大脑中的视觉体验。就术语而言,这被称为感觉替代,这是神经学家Paul Bach-Rita最初提出的一个概念。他想知道,如果一个人能够通过使用照相机并且将其连接到皮肤的一个区域,基于皮肤感觉到的触觉脉冲来形成心理图像。他尝试了他的舌头,因为舌头是身体中最挑剔的器官。利用这样的装置,百叶窗可以形成足够的细节的环境图像,例如,抓住滚过他的球。但是,这不是限制。这些盲人也可以有更高的识别率,他们的感觉甚至可以与正常人相媲美。最不寻常的是,虽然舌头受到刺激,但使用这些装置的人们却拥有世界的视觉形象。感官替代也可以采取其他形式,而且人们不禁要问,使用其他感觉是否能够增强这种能力。人工耳蜗现在已经相当成熟,视网膜植入物开始进入人们的生活,我认为皮层的即时感觉迟早会被应用,但是我特别喜欢非侵入性设备的想法,比如作为舌头上的传感器,这种事情在40年前几乎是不可思议的,当时我们不会想到大脑仍然是塑料的,我们曾经认为大脑的每个部分都是基因决定的,什么是遗传的。知道神经系统的巨大变化是可能的神经系统的可塑性和重新部署的奇迹让我非常激动。首席科学家,创建了一个“深度搜索”基金会和“蓝色使命”组织,现在是美国国家地理学会的永久性探险家):花费5000万美元去看看地球上其余三分之二的美丽。 y年前,里雅斯特潜水器首先将人类运送到海洋最深处 - 马里亚纳海沟(Mariana Trench)。在未来的几十年里,我们将不得不到太阳系的深处去看看。到目前为止,我们所探索的只有大约5%的海洋。在“深水地平线”钻机泄漏之前,我们甚至不知道海底是什么样子,而且这里深达一英里(1.6公里),对我们来说,我们已经拥有的月球,火星和木星的照片更多比我们自己的海底照片强大得多,这是一个可悲的现实。自然界,特别是海洋,维持着我们的生存。我们大气中一半以上的氧是由海洋中的微生物产生的,我们需要了解系统支持我们,波塞冬等水下监视和远程控制工具正在改进,但还不够,日本,俄罗斯和法国的深海潜艇能够将人类运载到5000米及以下的海洋深处。目前没有一艘载人潜水器可以达到11000米的深度,但是这种技术已经存在:我们已经能够建造一艘三人潜水器,价格不到5000万美元,即使是大导演詹姆斯•卡梅隆(James Cameron)也挑战了10000米单游戏机潜水器。为此,我们还需要加大力度。我们必须认识到,我们仍然有机会阻止鲨鱼,珊瑚礁和热带雨林的流失,以稳定我们的气氛和海洋酸化。我已经在水下实验室呆了九次,所以我有机会了解个别鱼类及其怪异的习性。我曾经见过这种生物以前从未见过的驼背鲸,海龟,巨型石斑鱼和一条单人潜水器中孵化出来的动物,许多动物正在努力渡过这个危险的转变时期,然而,我们仍然只是留在了解将要发生的事情和做什么的阶段,看到海洋生物数量急剧下降,我开始了解并提醒自己,我们必须找到新的方法来拯救我们的地球免受气候变化的影响,我们需要重温已经存在超过45亿年的运转良好的自然机制,并尽力恢复其功能,这是我们推动未来发展的动力。
5.罗德尼·布鲁克斯(前麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室负责人,iRobot创始人):机器人入侵已经开始,这是一件好事,未来我相信在我生活的每一个角落将会有更多的机器人。人们在1985年他们在25年后,他们在厨房里使用电脑,这对他们来说是没有意义的。他们还想到了他们在电视屏幕上看到的“电脑”图像。但现在,你的微波炉,音响,冰箱里的电脑不再是原来的样子。同样的,机器人现在看起来也被认为是特定的,但随着时间的推移,机器人也会发生变化,人们的看法也会发生变化。汽车肯定会变得更机器人化。更多的机器人将出现在我们的家庭,医院,工厂和我们还没有武装机器人的士兵,一个机器人士兵可以承受子弹的二次射击,这是一个不能做到的,机器人并不关心其生命是否处于危险之中,可以想象的是,以及危险物品的检测,他们会知道哪里是危险的,哪里是安全的,他们已经变得比我们更加道德。
我的iRobot公司设计了“露·巴巴”机器人吸尘器,但是目前最大的问题是它太便宜了,所以无法实现独立性,军用机器人太贵了,所以不能自力更生,毁了你承受不起,如果Lumumba错过了一个地方,没什么大不了的,以后可以找到它,所以会有更多的自主性未来的机器人,但令人吃惊的是,它将首先出现在低端市场,然后逐渐走向高端市场。我认为这是一个人没有意识到的事情,但是这个领域真的来了。将来,当我们的身体部位失败时,我们将有大量的替代品。特别是对于我们这个“婴儿潮”时期出生的人,我们期待着这一天。我们关于毒品和运动的辩论与即将出现的诸如“人类的定义是什么”之类的麻烦相比,是微不足道的。我们现在有一场残奥会,但未来我们会有一个“增强”的残奥会,当时你可能无法判断人或机器是否在比赛。
我注意到机器人从一个危险,肮脏和无聊的工作中浮现出来。有人说:“你做不到,有很多人做不了的事。”但是我们发现,他们所说的许多事情,实际上比烈日下的田野上的辛勤工作要容易得多。自己动手,你的生活会更好。
6. Deborah Fisher(耶鲁大学天文学家,帮助发现了约160颗系外行星):在其他行星上发现的生命中将揭示宇宙中的人类是如何平凡的。
我们在宇宙中有一个伴侣吗?在接下来的30年里,我们可能会知道。我相信,通过观察目前正在探索的系外行星的气氛(行星围绕其他恒星旋转),尤其是那些与地球质量和轨道类似的地方,我们可以发现氧气和其他化学特征,我们将会发现生命迹象。我们未来30年可能无法发现科学技术的文明,但我们应该能够找到简单的生命形式的证据,为此,我们的空间任务必须能够获得大气层这包括阻挡来自中央恒星的光线,并使得来自昏暗行星的光线成为关注的焦点。1995年的一天,我们发现了第一批太阳系外行星,帮助我们调整技术。从那以后,我们看到了比上一年更多的行星(迄今为止超过450颗),为了寻找外星生命,我们也发现一旦我们发现了一颗行星,我们的探索战略就会变得更加智能和更有效icient。我也希望未来的火星探测器在发现火星表面的生物化石或生命的化学特征的时候,可能会很幸运。与地球上最原始的生命形式相比较,将会告诉我们看到改变了生命前化学的火花是否是不寻常的。我希望一个更有活力的太空探索活动能够继续下去,人类将在地球和月球之间的空间站上有一个居民。在地球的引力场之外,我们可以发射机器人驱动的航天器到太阳系的其他目的地。放眼望远处,我很喜欢看到比他们的手机小的机器对机器宇航员的出现,这些宇航员将从我们的太阳系冲出最近的恒星系统Alpha Centauri。保持这些机器宇航员质量低使我们很容易加快速度,甚至可以发射一批机械小宇航员,让他们做手机可以做的事情:拍照,打电话回家。
7.山田忠孝(美国比尔·梅琳达·盖茨基金会全球健康计划主席,致力于发展中国家的发展,并提供各种低成本救生保健工具):是的,现在是我们发动新的全球战争的时候了儿童疾病!仅在十年前,全世界每年死于疾病的五岁以下儿童就有一千一百万人。今天,这个数字是770万。我相信疫苗胜过其他任何因素,因为疫苗可降低儿童死亡率。几年前,麻疹是儿童死亡的罪魁祸首,但由于接种疫苗增加,麻疹死亡人数在过去十年中下降了近80%。在发展中国家,接种标准疫苗的儿童比例目前接近75%。但是,每年还有七百七十万儿童死于各种疾病,数量惊人。他们大多死于可预防和可治疗的疾病:腹泻,肺炎,营养不良,新生儿败血症,早产和疟疾。只是疟疾,每年夺走100万儿童的生命,主要是非洲儿童。
拯救这些孩子最有效的方法之一就是接种疫苗。我希望将来的儿童死亡率将创下历史新低。如果我们能为90%的有风险的儿童提供疫苗,疟疾治疗措施和其他现有的挽救生命的措施,到2025年,儿童死亡率可能减半。我不相信因为你是穷人,你将不具备这些救生技术的资格。美国的东西看似复杂而昂贵,但这并不意味着你在发展中国家不禁感叹。印度眼科医生Gevidpa Van Datas Wimmey创建的Aravind眼科医院就是一个很好的例子。 Van Katas退休后决定为印度盲人白内障患者做些事情。他知道,在发达国家,患者可以做白内障手术,但是镜片的成本大约是200美元,印度很多人买不起。所以他和Seva基金会合作开发了一款只需两美元就能买到的镜头。现在,他们为100多个国家制作镜头。医院每年还有超过20万例白内障手术。我们可以支持为世界各地的儿童提供拯救生命的疫苗,并开发新的负担得起的疫苗来预防疟疾,肺结核,艾滋病和其他疾病。尽管艾滋病疫苗的进展缓慢,但我们看到了泰国RV144试验的一线希望。其中一种实验性艾滋病疫苗的有效率约为30%。通过改进包含相同成分的治疗计划,我们正在进行后续研究。
Neil Turok(宇宙学家,加拿大理论物理研究所所长,非洲数学科学研究所创始人):我们是否会发现宇宙既没有开始也没有结束?在传统的宇宙起源画面中,大爆炸是时间的开始。这是科学史上最大的奥秘之一,我花了几年的时间来试图弄清宇宙诞生的时刻在无限的密度和温度上的意义,这就是我们所知道的第一个奇点点。我在探索奇点不是时间的起点,在这个新的观念中,没有及时的开始,宇宙大爆炸是高维现实中存在的斑块空间碰撞的结果这些碰撞可以发生多次,创造一个永恒的,旋转的宇宙,令人兴奋的是,可以测试这些假设的观测将在未来的20年或更长时间内完成,目前最强大的数据来自普朗克“这颗卫星将极其炎热的宇宙遗留的微波映射出来。普朗克测量这些微波的温度,寻找由宇宙学标准模型预测的特定模式。如果我们不能看到这个模型的一些特点,那么标准模型肯定会是一个严重的打击。另外,我们的圆形宇宙模型可以对宇宙中不同类型物质的分布做出具体预测。例如,如果我们可以观察宇宙中的暗物质具有足够的细节,我们也许可以支持宇宙循环的理论。无论是否正确,都只是一个哲学问题,可以在短短的一,二十年内通过观察来验证。科学如何实现这样的目标是令人惊讶的。我们甚至可以回答最古老和最基本的问题之一:我们从哪里来?这将是非常满意的。有一天,一百年或一千年后,我们将进入空间,开始旅程,确保人类在我们星球之外的生存。更好地理解宇宙在某种程度上是如何帮助我们利用宇宙的基本规律来帮助我们开发新的和意想不到的技术,我决不会认为这个想法太棒了。
9. Ian Wilmut(爱丁堡大学胚胎学教授,苏格兰再生医学中心主任,他领导的研究小组成功克隆了“Dolly”):数百万患者将受益基因工程和干细胞科学。融合,会引起不同的生物医学领域
干细胞生物学,分子遗传学,化学工程,带来很多新的机会。从长远来看,我们应该能够控制帕金森氏症等退行性疾病,以及运动神经元疾病,心脏疾病等,我们将有机会了解这些疾病的分子基础,可以预防这些症状或确定需要植入的干细胞的数量来代替受损或死亡的细胞。干细胞可以协同基因疗法来纠正遗传性疾病,如地中海贫血,如治疗一旦相当小的时间,他们可以保持效果,这是一个孩子的生活,这将是非常美好的。我想我们也可以用干细胞体外筛选新药,了解这些药物对患者的影响,使处方更安全,更准确。 Dolly实验(第一个克隆的成年哺乳动物,Dolly Shepherd诞生于1996年)引导人们找到将特定细胞转化为多能干细胞(未分化干细胞)的方法。现在,我们很高兴看到研究人员能够将细胞从一种类型直接转变为另一种类型。最近,美国斯坦福大学的Marius Vonnegut将皮肤细胞直接转化为神经细胞。诸如此类的技术可能导致新的治疗,同时也避免了干细胞疗法的主要缺点:肿瘤形成。至于整体动物的克隆,我相信这样做的唯一目的就是用来治疗疾病。一家基因工程公司Hematech公司从克隆的干细胞中提取了转基因牛,产生抗细菌感染的人抗体,没有任何动物福利损害。
10.谢睿图尔库(麻省理工学院社会学教授,“悲欢离合”:为什么我们期待更多的技术,期望彼此间少)作者:我们必须重新获得我们的私人空间。
目前,我们通过了电子潜伏日。随着时间的推移,大多数人都在寻找忽视或否认的方法。尤其是那些在充满电子引人注目的环境中长大的人,在他们身后留下了一丝电子痕迹。他们甚至不会注意到这样的阴影。作为一个在互联网时代成长起来的一代人,今天的青少年确信他们的隐私会受到某种程度的侵害,但是他们也相信这是他们在这个时代必须付出的代价,对我来说,这个信箱是隐私的代名词公民自由,但对今天的青少年来说,情况似乎完全不同,他们已经适应了这样的环境,他们的电子邮件可能会被学校扫描。总结一下他们用各种方式表达的意思,就是“这种做法没有错”。但是作为一个公民,你有时候不把它称为“好”。我们创造了技术,反过来又创造和塑造了我们。我不知道如何处理一个18岁的说法,他认为Loopt,一个应用程序,使用移动GPS功能来显示朋友的方向,似乎是令人毛骨悚然,但很难从电话中删除,因为所有的朋友都在使用它。一旦删除,“他们会认为我有东西隐藏”在民主社会,也许我们应该先假定每个人都有隐藏的东西,需要一个受保护的领土。我的希望是我们可以重新发现我们对隐私的需求。对我来说,重新思考网络,隐私和公民社会的对话发展丝毫没有倒退,更是向民主所界定的神圣空间迈出的一个健康的一步。
11. Brian Greene(美国哥伦比亚大学弦理论专家,畅销书“The Elegant Universe”,纽约“世界科学节”的赞助商之一):物理学家近距离揭示宇宙的基本规律。我最大的希望就是要弄清楚如何把引力与量子力学结合起来,实现可以追溯到爱因斯坦时代的梦想,而以更现代的形式,这个梦想已经牢牢抓住了两代理论物理学家的心。让我们清楚地了解宇宙的起源。即使你想在关键部分取得进展,我们也需要量化在自然力的引力与统一的实验和理论工作之间建立联系的努力长期以来,我们始终相信弦理论等理论思想,而不是从实验或观测出发,这对科学发展是不寻常的,在未来的30年里,借助大型强子对撞机和卫星 - 基于天文观测的天文观测可能早一点,我希望这种情况会发生变化,如果观测结果支持这个理论,那将是非常好的;如果排除了这种理论的可能性,很好,因为我们仍然可以全速前进探索其他想法。弦理论现在面临的一个重大谜团是数学运算所需的额外维度可以有多种形式。在八十年代中期,有几十种;今天估计这个数字已经飙升到至少10,500种。理论家们不能测试所有这些可能性,与可观察宇宙中的粒子数量相比,有10,500个可怕的东西!因此,我们将继续探索精确地描述缺少甚至特定形式的额外维度的数学方程,使我们能够确定由和弦理论预测的单个宇宙。另外,我们可以证明没有一个宇宙,但同时存在许多不同的宇宙。每个宇宙都使用不同形式的额外维度,而我们的宇宙只是庞大的复数宇宙之一。这将是我们长期以来的宇宙学所遭受的最深刻的革命之一。我相信到2040年,我们将能够确定暗物质到底是什么。我们可以成功,但如果让我的想象力像马一样自由,我想我们终将对时空的实际意义有深刻的认识。我们已经学到了很多关于时空的特点和功能,但是我们很多人仍然认为这些不是最基本的,时间和空间的构成将大大拓宽人类的视野。

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