我們?yōu)槭裁葱枰剿?/h1>
2014-04-29 00:44:03BrianCox
大學生 2014年14期
Brian Cox
每當經濟蕭條，最先遭到預算削減的就是探索性科學項目，從太空探索到大型強子對撞器。常有人問，地球上有那么多人吃不上飯，為什么要把錢花在離我們生活那么遙遠的地方？探索宇宙、探索微觀世界、探索最前沿科技的意義究竟在哪兒？
現(xiàn)在我們處在經濟危機的時刻。首當其沖的受害者，就是各種各樣的公共開支。其中，最為命懸一線的則是科學方面的公共開支，特別是以好奇心為導向的科學與探索。
根據(jù)英國《衛(wèi)報》的統(tǒng)計顯示，在2008～2009年度，英國政府的開支共計6200億英鎊，而科學預算僅有33億英鎊。在英國，從醫(yī)療研究、空間探索、歐洲核子研究組織、粒子物理學，到工程，甚至是藝術和人文，給這一切提供資金的，就是那33億英鎊，在龐大的開支圖中幾乎很難找到它的存在。但就是這個微小的比率，卻同美國、德國和法國是一樣的：由公共撥款的科研經費，占GDP的0.6%。
我們在宇宙中是孤獨的嗎？
對太陽系的探索，讓我們發(fā)現(xiàn)了太陽系的美麗。也為回答人們會問的最深遠的問題之一，指明了道路。這個問題就是：“在宇宙里，我們是孤獨的嗎？”
從卡西尼號太空探測器在土星軌道發(fā)回來的圖片上，我們可以看到土衛(wèi)二（恩克拉多斯衛(wèi)星，Enceladus）。這顆衛(wèi)星很小，差不多和不列顛諸島一樣大，直徑僅有500千米。在恩克拉多斯衛(wèi)星的表面，我們可以看到一層薄薄的煙霧依依升起。那層薄霧其實就是突起的冰泉，看上去是那么美麗，那么令人著迷。研究人員認為，如果有一座“機器”，可以提供足夠的能量令冰泉運動，那么在衛(wèi)星的地表之下，可能就有著由液態(tài)水組成的湖泊。這一點非常重要，因為在地球上，能夠找到液態(tài)水的地方，我們能找到生命。因此，這一發(fā)現(xiàn)是相當驚人的——也許這是太陽系里的又一個生命的搖籃。
但土衛(wèi)二不是太陽系最有可能有生命存在的星球。最有可能的是木星的一個衛(wèi)星：木衛(wèi)二（歐羅巴衛(wèi)星，Europa）。木衛(wèi)二事實上是個冰球。它的地表是一層厚厚的冰面，大概有100公里深。通過檢測木衛(wèi)二同木星的磁場的相互作用，以及研究它冰面上的裂縫，研究人員很肯定地推測，在木衛(wèi)二的地表冰層下，環(huán)繞著海洋一般的液體。據(jù)估計，這是一種咸水，約有幾百公里深。這意味著木衛(wèi)二上的水，其總量已經超過了地球所有海洋水量之和。因此，木衛(wèi)二很可能是我們所知的地球之外的最有可能找到生命存在的星球。這是一個了不起的發(fā)現(xiàn)。
14倍的回報
除了讓人們稱奇外，探索和科學還有其他的作用嗎？
有的。在1968年的12月24日，阿波羅八號繞到月亮背面時拍攝到了一張照片：在阿波羅八號上看到地球升起的情景。很多人認為，正是這張照片把1968年從巴黎的學生暴亂、越南的戰(zhàn)爭白熱化中拯救了出來。阿爾·戈爾（Al Gore，美國政治家、環(huán)境學家、前副總統(tǒng)、諾貝爾和平獎得主）曾多次提起，這張照片可以說是環(huán)保運動的開端。那是我們第一次看見地球不是一個堅不可摧的地方，而是懸居在黑暗無垠的宇宙中的一顆微小而脆弱的星球。
太空探索和阿波羅計劃如今已經是婦孺皆知，然而，它為經濟所作出的貢獻卻鮮少被人提及。很多人認為這是一項耗資巨大而并無實際意義的工程，但是事實上，根據(jù)1975年由大通計量經濟學的研究結果顯示，阿波羅計劃的經濟影響是十分巨大的：每花在阿波羅計劃上的一美元，平均為美國經濟帶回了14美元?？梢哉f，阿波羅計劃在激勵方面、在工程學成就方面、在鼓舞年輕的科學家和工程師方面，收益為投資額14倍。所以說，探索項目可以養(yǎng)活自己。
那么科學性探索如何能鼓勵創(chuàng)新呢？19世紀八九十年代，許多科學家和觀察員檢查原子釋放出來的光，他們發(fā)現(xiàn)了氫氣的光譜圖。加熱氫氣時，透過棱鏡看到它所發(fā)出的并不是白色的光，而是一種由幾道深深淺淺的藍色和紅色組成的光。這使得科學家了解原子的結構，即原子是周圍帶有電子的單一核心，電子只在特定的位置。原子的這一特性，成為導向量子理論、原子結構理論發(fā)展的一個關鍵因素。從太陽的光譜圖上可以看出，太陽大氣層的原子只吸收特定顏色的光，而電子跳起來又落回去。我們根據(jù)原子的這一特性，在研究太陽光時發(fā)現(xiàn)了氦元素，并把它命名為“赫利俄斯”（Helium，源自Helios，希臘神話中的太陽神赫利俄斯）。量子理論很快引導人們理解物質里電子的行為，比如說硅原子。能用來制作晶體管的硅原子，它的運動符合純粹的量子現(xiàn)象。所以，如果沒有好奇心引導人們了解原子結構，進而發(fā)現(xiàn)了更加深奧的理論——量子力學，我們就不會有晶體管，不會有硅芯片，不會有我們現(xiàn)代經濟賴以生存的根基。
科學原理的普遍性與探索發(fā)現(xiàn)的偶然性
物理學的定理是普遍存在的。物理學和人們在地球上得到的對于自然界的認知，可以推而廣之，應用到其他行星上，甚至是最遙遠的恒星和星系。對量子力學最令人震驚的預測是，通過原子的結構，我們就可以根據(jù)這種描述過晶體管的同樣理論推斷出：在宇宙中，沒有一顆白矮星的質量能夠超過太陽質量的1.4倍，這是白矮星質量的最大限度。這個結論，你可以在實驗室里拿張紙算出來，或者利用望遠鏡遙望天空便可得知。對于一顆沒有自轉的白矮星，電子簡并壓力能夠支撐的最大質量是1.4倍太陽質量，也就是錢德拉塞卡極限。許多碳氧白矮星的質量都接近這個極限的質量，一般通過伴星的質量傳遞，可能經由所知道的碳引爆過程爆炸成為一顆Ia超新星。
大爆炸時，宇宙里沒有碳元素和氧元素。第一代恒星期間，宇宙里沒有碳元素和氧元素。它們在恒星里面封存起來，再通過爆炸返回到宇宙空間，重新凝聚成新的行星，新的恒星，新的太陽系統(tǒng)，還有，像我們一樣的人類。這很好地展示了物理學定理的力量、美，和普遍性。
“1928年9月28日的黎明，我剛醒來，我自然沒有打算通過發(fā)現(xiàn)世界上第一個抗生素，來改革整個醫(yī)術界。”亞歷山大·弗萊明（Alexander Fleming，英國細菌學家，青霉素發(fā)現(xiàn)者，諾貝爾生理或醫(yī)學獎得主）曾經這樣講述他發(fā)現(xiàn)青霉素時候的情形，一種機緣巧合，讓他獲得了成功。
原子世界的探索者們并沒有打算發(fā)明晶體管。他們也沒有打算描述超新星爆炸的機制，這一機制最終告訴我們構建生命的基石是在宇宙里合成的。在科學中，意外發(fā)現(xiàn)很重要。科學如此美好，可以揭露一些令人吃驚的事物，它也可以最終向我們揭露關于我們在宇宙中的位置，還有我們的家園的真正價值這樣的終極問題。
我們對這個世界知道得足夠多了嗎？
現(xiàn)在離地球有100億公里遠的旅行家飛船，曾探測過木星、土星、天王星和海王星。在拜訪完這四個行星之后，卡爾·薩根（Carl Eduard Sagan，美國天文學家、科普作家、科幻小說作家）曾提議將旅行家號調頭，拍下它拜訪過的星球的照片。其中一張照片被稱為“微弱藍點”（Pale Blue Dot），從40億英里以外看到的地球懸掛在光線之中，小到幾乎難以辨別。
薩根這樣描述他在這張照片所看到的景象：“再看一下這個點吧。它在那里。那就是我們的家，我們的一切。在它上面，有你愛的每個人、你認識的每個人、你聽說過的每個人。歷史上的每一個人，都在它上面度過了自己的一生。所有我們的歡樂和痛苦，所有言之鑿鑿的宗教、意識形態(tài)和經濟原理，所有獵人和強盜，所有英雄和懦夫，所有文明的創(chuàng)造者和毀滅者，所有的皇帝和農夫，所有熱戀中的青年情侶，所有的父母、滿懷希望的孩子、發(fā)明者和探索者，所有精神導師，所有腐敗的政治家，所有‘超級明星，所有‘最高領導人，所有圣徒和罪人，從人類這個種族存在的第一天起，都生活在這顆遙遠的塵埃上，懸浮在太陽光中。有人說，天文學會讓人謙卑，塑造人的性格。沒有什么東西，比這張從遠處拍攝的地球的圖片更能夠說明人類自負的愚昧徒勞。對我而言，它強調了我們有責任更好地相互交往，并且要保護和珍惜這個微弱藍點，這是我們迄今所知的唯一家園?！倍嗝磧?yōu)美的文字，描述了科學與探索的力量。
一直有人，而且會永遠有人認為，關于宇宙，我們知道得夠多了。如果在20世紀20年代做出這樣的結論，人們就不會發(fā)現(xiàn)青霉素。如果是在19世紀90年代，人們就不會發(fā)明晶體管。在現(xiàn)在經濟困難的時期又有人這樣說了，是的，我們知道的足夠多了，我們不需要繼續(xù)探索宇宙了。
19世紀初，那個人們拼命開發(fā)、拼命建筑的時代，漢弗里·戴維（Humphry Davy，英國化學家）也和當時在實驗室里工作著的其他科學家們一樣，受到了人們的嘲弄。然而戴維對此的回應，直到現(xiàn)在我們仍然有必要銘記在心。他說：“對人類思想進步造成致命危害的是，認為我們現(xiàn)在對科學的認知達到極致了，我們徹底成功了，自然界再也沒有神秘之處了，再也沒有新的世界讓我們去征服了?！?/p>
（根據(jù)Brian Cox在TED上的演講整理而成）
責任編輯：張婷
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根據(jù)英國《衛(wèi)報》的統(tǒng)計顯示，在2008～2009年度，英國政府的開支共計6200億英鎊，而科學預算僅有33億英鎊。在英國，從醫(yī)療研究、空間探索、歐洲核子研究組織、粒子物理學，到工程，甚至是藝術和人文，給這一切提供資金的，就是那33億英鎊，在龐大的開支圖中幾乎很難找到它的存在。但就是這個微小的比率，卻同美國、德國和法國是一樣的：由公共撥款的科研經費，占GDP的0.6%。
我們在宇宙中是孤獨的嗎？
對太陽系的探索，讓我們發(fā)現(xiàn)了太陽系的美麗。也為回答人們會問的最深遠的問題之一，指明了道路。這個問題就是：“在宇宙里，我們是孤獨的嗎？”
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但土衛(wèi)二不是太陽系最有可能有生命存在的星球。最有可能的是木星的一個衛(wèi)星：木衛(wèi)二（歐羅巴衛(wèi)星，Europa）。木衛(wèi)二事實上是個冰球。它的地表是一層厚厚的冰面，大概有100公里深。通過檢測木衛(wèi)二同木星的磁場的相互作用，以及研究它冰面上的裂縫，研究人員很肯定地推測，在木衛(wèi)二的地表冰層下，環(huán)繞著海洋一般的液體。據(jù)估計，這是一種咸水，約有幾百公里深。這意味著木衛(wèi)二上的水，其總量已經超過了地球所有海洋水量之和。因此，木衛(wèi)二很可能是我們所知的地球之外的最有可能找到生命存在的星球。這是一個了不起的發(fā)現(xiàn)。
14倍的回報
除了讓人們稱奇外，探索和科學還有其他的作用嗎？
有的。在1968年的12月24日，阿波羅八號繞到月亮背面時拍攝到了一張照片：在阿波羅八號上看到地球升起的情景。很多人認為，正是這張照片把1968年從巴黎的學生暴亂、越南的戰(zhàn)爭白熱化中拯救了出來。阿爾·戈爾（Al Gore，美國政治家、環(huán)境學家、前副總統(tǒng)、諾貝爾和平獎得主）曾多次提起，這張照片可以說是環(huán)保運動的開端。那是我們第一次看見地球不是一個堅不可摧的地方，而是懸居在黑暗無垠的宇宙中的一顆微小而脆弱的星球。
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科學原理的普遍性與探索發(fā)現(xiàn)的偶然性
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大爆炸時，宇宙里沒有碳元素和氧元素。第一代恒星期間，宇宙里沒有碳元素和氧元素。它們在恒星里面封存起來，再通過爆炸返回到宇宙空間，重新凝聚成新的行星，新的恒星，新的太陽系統(tǒng)，還有，像我們一樣的人類。這很好地展示了物理學定理的力量、美，和普遍性。
“1928年9月28日的黎明，我剛醒來，我自然沒有打算通過發(fā)現(xiàn)世界上第一個抗生素，來改革整個醫(yī)術界。”亞歷山大·弗萊明（Alexander Fleming，英國細菌學家，青霉素發(fā)現(xiàn)者，諾貝爾生理或醫(yī)學獎得主）曾經這樣講述他發(fā)現(xiàn)青霉素時候的情形，一種機緣巧合，讓他獲得了成功。
原子世界的探索者們并沒有打算發(fā)明晶體管。他們也沒有打算描述超新星爆炸的機制，這一機制最終告訴我們構建生命的基石是在宇宙里合成的。在科學中，意外發(fā)現(xiàn)很重要。科學如此美好，可以揭露一些令人吃驚的事物，它也可以最終向我們揭露關于我們在宇宙中的位置，還有我們的家園的真正價值這樣的終極問題。
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現(xiàn)在離地球有100億公里遠的旅行家飛船，曾探測過木星、土星、天王星和海王星。在拜訪完這四個行星之后，卡爾·薩根（Carl Eduard Sagan，美國天文學家、科普作家、科幻小說作家）曾提議將旅行家號調頭，拍下它拜訪過的星球的照片。其中一張照片被稱為“微弱藍點”（Pale Blue Dot），從40億英里以外看到的地球懸掛在光線之中，小到幾乎難以辨別。
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一直有人，而且會永遠有人認為，關于宇宙，我們知道得夠多了。如果在20世紀20年代做出這樣的結論，人們就不會發(fā)現(xiàn)青霉素。如果是在19世紀90年代，人們就不會發(fā)明晶體管。在現(xiàn)在經濟困難的時期又有人這樣說了，是的，我們知道的足夠多了，我們不需要繼續(xù)探索宇宙了。
19世紀初，那個人們拼命開發(fā)、拼命建筑的時代，漢弗里·戴維（Humphry Davy，英國化學家）也和當時在實驗室里工作著的其他科學家們一樣，受到了人們的嘲弄。然而戴維對此的回應，直到現(xiàn)在我們仍然有必要銘記在心。他說：“對人類思想進步造成致命危害的是，認為我們現(xiàn)在對科學的認知達到極致了，我們徹底成功了，自然界再也沒有神秘之處了，再也沒有新的世界讓我們去征服了?！?/p>
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