Brian Cox
每當(dāng)經(jīng)濟(jì)蕭條,最先遭到預(yù)算削減的就是探索性科學(xué)項(xiàng)目,從太空探索到大型強(qiáng)子對(duì)撞器。常有人問(wèn),地球上有那么多人吃不上飯,為什么要把錢(qián)花在離我們生活那么遙遠(yuǎn)的地方?探索宇宙、探索微觀(guān)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(jīng)濟(jì)危機(jī)的時(shí)刻。首當(dāng)其沖的受害者,就是各種各樣的公共開(kāi)支。其中,最為命懸一線(xiàn)的則是科學(xué)方面的公共開(kāi)支,特別是以好奇心為導(dǎo)向的科學(xué)與探索。
根據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》的統(tǒng)計(jì)顯示,在2008~2009年度,英國(guó)政府的開(kāi)支共計(jì)6200億英鎊,而科學(xué)預(yù)算僅有33億英鎊。在英國(guó),從醫(yī)療研究、空間探索、歐洲核子研究組織、粒子物理學(xué),到工程,甚至是藝術(shù)和人文,給這一切提供資金的,就是那33億英鎊,在龐大的開(kāi)支圖中幾乎很難找到它的存在。但就是這個(gè)微小的比率,卻同美國(guó)、德國(guó)和法國(guó)是一樣的:由公共撥款的科研經(jīng)費(fèi),占GDP的0.6%。
我們?cè)谟钪嬷惺枪陋?dú)的嗎?
對(duì)太陽(yáng)系的探索,讓我們發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的美麗。也為回答人們會(huì)問(wèn)的最深遠(yuǎn)的問(wèn)題之一,指明了道路。這個(gè)問(wèn)題就是:“在宇宙里,我們是孤獨(dú)的嗎?”
從卡西尼號(hào)太空探測(cè)器在土星軌道發(fā)回來(lái)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(shí)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(rèn)為,如果有一座“機(jī)器”,可以提供足夠的能量令冰泉運(yùn)動(dòng),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(diǎn)非常重要,因?yàn)樵诘厍蛏?,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(dāng)驚人的——也許這是太陽(yáng)系里的又一個(gè)生命的搖籃。
但土衛(wèi)二不是太陽(yáng)系最有可能有生命存在的星球。最有可能的是木星的一個(gè)衛(wèi)星:木衛(wèi)二(歐羅巴衛(wèi)星,Europa)。木衛(wèi)二事實(shí)上是個(gè)冰球。它的地表是一層厚厚的冰面,大概有100公里深。通過(guò)檢測(cè)木衛(wèi)二同木星的磁場(chǎng)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(cè),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(jì),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(jīng)超過(guò)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(gè)了不起的發(fā)現(xiàn)。
14倍的回報(bào)
除了讓人們稱(chēng)奇外,探索和科學(xué)還有其他的作用嗎?
有的。在1968年的12月24日,阿波羅八號(hào)繞到月亮背面時(shí)拍攝到了一張照片:在阿波羅八號(hào)上看到地球升起的情景。很多人認(rèn)為,正是這張照片把1968年從巴黎的學(xué)生暴亂、越南的戰(zhàn)爭(zhēng)白熱化中拯救了出來(lái)。阿爾·戈?duì)枺ˋl Gore,美國(guó)政治家、環(huán)境學(xué)家、前副總統(tǒng)、諾貝爾和平獎(jiǎng)得主)曾多次提起,這張照片可以說(shuō)是環(huán)保運(yùn)動(dòng)的開(kāi)端。那是我們第一次看見(jiàn)地球不是一個(gè)堅(jiān)不可摧的地方,而是懸居在黑暗無(wú)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(jì)劃如今已經(jīng)是婦孺皆知,然而,它為經(jīng)濟(jì)所作出的貢獻(xiàn)卻鮮少被人提及。很多人認(rèn)為這是一項(xiàng)耗資巨大而并無(wú)實(shí)際意義的工程,但是事實(shí)上,根據(jù)1975年由大通計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究結(jié)果顯示,阿波羅計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)影響是十分巨大的:每花在阿波羅計(jì)劃上的一美元,平均為美國(guó)經(jīng)濟(jì)帶回了14美元??梢哉f(shuō),阿波羅計(jì)劃在激勵(lì)方面、在工程學(xué)成就方面、在鼓舞年輕的科學(xué)家和工程師方面,收益為投資額14倍。所以說(shuō),探索項(xiàng)目可以養(yǎng)活自己。
那么科學(xué)性探索如何能鼓勵(lì)創(chuàng)新呢?19世紀(jì)八九十年代,許多科學(xué)家和觀(guān)察員檢查原子釋放出來(lái)的光,他們發(fā)現(xiàn)了氫氣的光譜圖。加熱氫氣時(shí),透過(guò)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(lán)色和紅色組成的光。這使得科學(xué)家了解原子的結(jié)構(gòu),即原子是周?chē)鷰в须娮拥膯我缓诵?,電子只在特定的位置。原子的這一特性,成為導(dǎo)向量子理論、原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。從太陽(yáng)的光譜圖上可以看出,太陽(yáng)大氣層的原子只吸收特定顏色的光,而電子跳起來(lái)又落回去。我們根據(jù)原子的這一特性,在研究太陽(yáng)光時(shí)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(huà)中的太陽(yáng)神赫利俄斯)。量子理論很快引導(dǎo)人們理解物質(zhì)里電子的行為,比如說(shuō)硅原子。能用來(lái)制作晶體管的硅原子,它的運(yùn)動(dòng)符合純粹的量子現(xiàn)象。所以,如果沒(méi)有好奇心引導(dǎo)人們了解原子結(jié)構(gòu),進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了更加深?yuàn)W的理論——量子力學(xué),我們就不會(huì)有晶體管,不會(huì)有硅芯片,不會(huì)有我們現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)賴(lài)以生存的根基。
科學(xué)原理的普遍性與探索發(fā)現(xiàn)的偶然性
物理學(xué)的定理是普遍存在的。物理學(xué)和人們?cè)诘厍蛏系玫降膶?duì)于自然界的認(rèn)知,可以推而廣之,應(yīng)用到其他行星上,甚至是最遙遠(yuǎn)的恒星和星系。對(duì)量子力學(xué)最令人震驚的預(yù)測(cè)是,通過(guò)原子的結(jié)構(gòu),我們就可以根據(jù)這種描述過(guò)晶體管的同樣理論推斷出:在宇宙中,沒(méi)有一顆白矮星的質(zhì)量能夠超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍,這是白矮星質(zhì)量的最大限度。這個(gè)結(jié)論,你可以在實(shí)驗(yàn)室里拿張紙算出來(lái),或者利用望遠(yuǎn)鏡遙望天空便可得知。對(duì)于一顆沒(méi)有自轉(zhuǎn)的白矮星,電子簡(jiǎn)并壓力能夠支撐的最大質(zhì)量是1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量,也就是錢(qián)德拉塞卡極限。許多碳氧白矮星的質(zhì)量都接近這個(gè)極限的質(zhì)量,一般通過(guò)伴星的質(zhì)量傳遞,可能經(jīng)由所知道的碳引爆過(guò)程爆炸成為一顆Ia超新星。
大爆炸時(shí),宇宙里沒(méi)有碳元素和氧元素。第一代恒星期間,宇宙里沒(méi)有碳元素和氧元素。它們?cè)诤阈抢锩娣獯嫫饋?lái),再通過(guò)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(yáng)系統(tǒng),還有,像我們一樣的人類(lèi)。這很好地展示了物理學(xué)定理的力量、美,和普遍性。
“1928年9月28日的黎明,我剛醒來(lái),我自然沒(méi)有打算通過(guò)發(fā)現(xiàn)世界上第一個(gè)抗生素,來(lái)改革整個(gè)醫(yī)術(shù)界?!眮啔v山大·弗萊明(Alexander Fleming,英國(guó)細(xì)菌學(xué)家,青霉素發(fā)現(xiàn)者,諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主)曾經(jīng)這樣講述他發(fā)現(xiàn)青霉素時(shí)候的情形,一種機(jī)緣巧合,讓他獲得了成功。
原子世界的探索者們并沒(méi)有打算發(fā)明晶體管。他們也沒(méi)有打算描述超新星爆炸的機(jī)制,這一機(jī)制最終告訴我們構(gòu)建生命的基石是在宇宙里合成的。在科學(xué)中,意外發(fā)現(xiàn)很重要。科學(xué)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(guān)于我們?cè)谟钪嬷械奈恢?,還有我們的家園的真正價(jià)值這樣的終極問(wèn)題。
我們對(duì)這個(gè)世界知道得足夠多了嗎?
現(xiàn)在離地球有100億公里遠(yuǎn)的旅行家飛船,曾探測(cè)過(guò)木星、土星、天王星和海王星。在拜訪(fǎng)完這四個(gè)行星之后,卡爾·薩根(Carl Eduard Sagan,美國(guó)天文學(xué)家、科普作家、科幻小說(shuō)作家)曾提議將旅行家號(hào)調(diào)頭,拍下它拜訪(fǎng)過(guò)的星球的照片。其中一張照片被稱(chēng)為“微弱藍(lán)點(diǎn)”(Pale Blue Dot),從40億英里以外看到的地球懸掛在光線(xiàn)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(gè)點(diǎn)吧。它在那里。那就是我們的家,我們的一切。在它上面,有你愛(ài)的每個(gè)人、你認(rèn)識(shí)的每個(gè)人、你聽(tīng)說(shuō)過(guò)的每個(gè)人。歷史上的每一個(gè)人,都在它上面度過(guò)了自己的一生。所有我們的歡樂(lè)和痛苦,所有言之鑿鑿的宗教、意識(shí)形態(tài)和經(jīng)濟(jì)原理,所有獵人和強(qiáng)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(nóng)夫,所有熱戀中的青年情侶,所有的父母、滿(mǎn)懷希望的孩子、發(fā)明者和探索者,所有精神導(dǎo)師,所有腐敗的政治家,所有‘超級(jí)明星,所有‘最高領(lǐng)導(dǎo)人,所有圣徒和罪人,從人類(lèi)這個(gè)種族存在的第一天起,都生活在這顆遙遠(yuǎn)的塵埃上,懸浮在太陽(yáng)光中。有人說(shuō),天文學(xué)會(huì)讓人謙卑,塑造人的性格。沒(méi)有什么東西,比這張從遠(yuǎn)處拍攝的地球的圖片更能夠說(shuō)明人類(lèi)自負(fù)的愚昧徒勞。對(duì)我而言,它強(qiáng)調(diào)了我們有責(zé)任更好地相互交往,并且要保護(hù)和珍惜這個(gè)微弱藍(lán)點(diǎn),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(xué)與探索的力量。
一直有人,而且會(huì)永遠(yuǎn)有人認(rèn)為,關(guān)于宇宙,我們知道得夠多了。如果在20世紀(jì)20年代做出這樣的結(jié)論,人們就不會(huì)發(fā)現(xiàn)青霉素。如果是在19世紀(jì)90年代,人們就不會(huì)發(fā)明晶體管。在現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)困難的時(shí)期又有人這樣說(shuō)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(jì)初,那個(gè)人們拼命開(kāi)發(fā)、拼命建筑的時(shí)代,漢弗里·戴維(Humphry Davy,英國(guó)化學(xué)家)也和當(dāng)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室里工作著的其他科學(xué)家們一樣,受到了人們的嘲弄。然而戴維對(duì)此的回應(yīng),直到現(xiàn)在我們?nèi)匀挥斜匾懹浽谛?。他說(shuō):“對(duì)人類(lèi)思想進(jìn)步造成致命危害的是,認(rèn)為我們現(xiàn)在對(duì)科學(xué)的認(rèn)知達(dá)到極致了,我們徹底成功了,自然界再也沒(méi)有神秘之處了,再也沒(méi)有新的世界讓我們?nèi)フ鞣恕!?/p>
(根據(jù)Brian Cox在TED上的演講整理而成)
責(zé)任編輯:張婷