1、塑造世界的九大科學思想英國新科學家周刊的文章：塑造世界的九大科學思想科學界9位最偉大的科學家解釋他們理論的重要意義：一、大爆炸馬丁雷斯（劍橋大學天體物理學和宇宙學教授）：宇宙的起源問題數千年來一直吸引著人們去研究，我們是有幸發現答案的第一代人?！按蟊ā钡母拍瞵F在如此深入人心是一件令人奇怪的事情。宇宙學家相信他們知道我們的宇宙在起源之后的數秒鐘內是什么樣子：溫度大概有100億度，射線、質子、中子以及“暗物質”以已知的比例存在于各處。隨后一切開始非常均勻地冷卻：這種均勻的小偏差累計起來不足十萬分之一。這些表述建立在對那個時代的“化石”所進行的令人信服和準確的觀察基礎上。這些“化石”包括：射線以及

2、氫、氦、氘在宇宙中的比例等。我至少99地相信上述推論的正確性。與我們對地球的早期歷史以及生命起源的了解相比，有更為扎實準確的論據可以對這些推論提供佐證。在科學上，每一項進步總是會將人們的目光吸引到一批新的問題上。不過大爆炸理論卻使我們理解，這些問題并非毫無意義。在發現我們能夠掌握宇宙起源的基礎后，無數其他問題浮現了出來，這些問題我們都有望找到答案雖然緩慢但卻不容置疑，我們正在設法找到這些問題的答案。例如，物理學上最重要的定律之一熱力學第二定律包含著宇宙中一個表面上互相沖突的現象。如果我們的宇宙在起源的時候如此“簡單”，那么它是如何進化成包括我們自己在內的龐大而錯綜復雜的宇宙的呢？猛看上去這與已

3、知定律相矛盾：任何結構都有一種混合和均質化的趨勢。但實際上并沒有矛盾：答案是萬有引力發揮了作用。如果宇宙中的某一部分的密度比平均密度稍大，那么這一部分將在額外的萬有引力的作用下減速，于是與周邊區域比較起來，這一部分將越來越滯后，密度差異將越來越大。正是這一過程使得早期宇宙中密度稍大的部分成為了今天星系的“種子”。這一理論以及觀測對它的確認，是天文學家的另一個重大成果。通過尋找“年輕的”星系它們距離地球十分遙遠，以致它們在宇宙還年輕的時候發出的光線最近才抵達地球天文學家希望能夠揭示這一過程的細節。當然，剩下來的事情還很多。例如，我們仍然不知道，是什么東西爆炸了，以及為什么會發生爆炸。為什么宇宙一

4、開始會以這種方式、含有這種獨特的成分膨脹？這一問題將是21世紀甚至更遠的未來科學界所面臨的一個挑戰。答案在于宇宙起始時的第一微秒中的前一小段時間，當時的溫度和密度高到相關的物理學定律難以把握的程度，而且無法用實驗證實。不過，迄今為止在解決宇宙學問題時所獲得的成功使我們對取得更大的進步充滿信心。我們一定能探測到宇宙在大爆炸剛開始的一微秒內所發生事情的細節，興許我們還能對大爆炸本身的屬性有更多了解。二、進化理查德道金斯（牛津大學科學史教授）：對復雜生命形成過程的了解是人類智慧最耀眼的部分。世界可劃分為兩大類：看起來經過設計的（如鳥類和飛機）和未經過設計的（如石頭和大山）?？雌饋斫涍^設計的事物也可劃

5、分為兩類：實際上是設計出來的（如潛水艇和罐頭刀）和那些不是設計出來的（如鯊魚和刺猬）。對那些事實上經過設計的事物的分析表明，它們的各部分并非是獨立功能的簡單疊加。它們在某些方面出類拔萃：例如飛翔。達爾文的自然選擇理論導致了一種設計上的離奇幻覺。以致一名工程師很難確定是鳥類還是飛機在飛行動力學上更加完美。設計幻覺的力量是如此強大，直到19世紀中葉人類才認識到它只是一種幻想。在1859年，查爾斯達爾文公布了人類最偉大的科學思想之一：自然選擇導致進化日積月累。如果自然選擇中所有的偶然性匯聚在一起會怎樣呢？當小小的變化聚在一起時，就可以達到巨大的高度實現復雜的適應能力。這種累積的過程就是進化，引發進化

6、的力量則是自然選擇。每一個現存的生命都有祖先，但是只有一小部分會擁有后代。所有的生命都從成功的祖先他們成功地生存下來而且繁育了后代那里繼承了完整的基因序列。指揮胚胎發育成熟從而可以自動地成功繁育后代的基因，是基因庫里的幸存者。這些基因成功的代價是其它基因的失敗。這是在基因層次上的自然選擇，我們也注意到了它在生物層面上的結果。新的基因品種的根本來源是突變。這些新的突變基因的后代通過有性繁殖在基因庫里重新組合，而自然選擇則可以按有序的方式從基因庫中清除它們。導致成功存活的因素隨物種的不同而不同。有的物種擅長游泳；有的則擅長步行；有的擅長飛翔；有的擅長攀爬；有的則會將根扎入土壤，翹起綠色的“太陽能板

7、”朝向太陽。所有這些多樣性都滋生于不斷的分支，它們來源于同一個生活于30億40億年前的類似細菌的祖先。每一個分支都形成了一個物種：一個繁殖種群再一分為二，并各自走上獨立的進化之路。在有性繁殖的物種中，當某一物種的兩個基因庫分化加劇以致它們無法進行交配時，我們就說是形成了新的物種。物種形成源于意外事件。如果在沒有地理障礙的情況下某一物種內部出現了阻礙繁殖的基因庫分化，我們認為新的物種就起源了。自然選擇的精髓在于其非偶然性，然而它常被拙劣地誤解為偶然事件。這成為反對進化論的懷疑力量的基礎。偶然性不能解釋生命。設計論在解釋生命的問題上與偶然性一樣糟糕，因為它所引發的問題比它所帶來的答案更多。自然選擇

8、導致進化是唯一能夠精確解釋生命的可行理論。三、量子力學戴維多伊奇（牛津大學物理學教授）：它不僅是關于原子的理論，它還是關系到自由意志和身份認證的理論。你也許曾聽說過這樣的話：“這個世界的神奇不僅超出了我們的想象，而且我們根本不可能理解它?！边@樣一句缺乏理性的失敗主義者格言（可歸咎于20世紀幾位著名的物理學家）竟然成為傳統智慧的一部分，不能不令人震驚。但是它反過來又可用來表現掌握量子理論的人們的吃驚程度。量子理論是有關物理世界的最深奧的知識，它在預測亞原子粒子的行為方面無與倫比，它完善了我們對事物的理解，為大多數物理理論提供了一個框架。將來利用量子效應的計算機將帶來密碼學的革命。但是關于量子理論

9、的驚人消息究竟是什么？為什么我們應該關注亞原子粒子的某種特定行為，而不是另一種？準確地講，原因在于當我們設想粒子有何種行為時，我們所有的常識得出的可能性也許沒有一個是正確的。因此，有哲學頭腦的人們為求知而求知。實用主義者也許會說它不能解決今天存在嚴重爭議的問題，如戰爭與和平、罪與罰、民主人權等，但令人驚訝之處在于，討論這類問題而忽視世界的量子力學本質，就像擔心人口過剩而并不了解是什么導致懷孕一樣。在談及任何有爭議的話題時，就會遭遇諸如決定論和自由意志、同一和差異、未來可能性和“可能已經發生的事”等問題。對于許多此類基本問題，量子理論表明根據常識得出的所有答案都是不正確的。例如，常識根據連續性來

10、定義一個“人”：今天的你之所以是你是因為組成你的絕大多數原子和昨天沒什么兩樣，一個同樣的但由不同原子組成的復制體將不再是你。但是量子理論認為在一定的條件下，哪些原子是原來的，哪些原子是新來的，這一概念并不存在。用連續性來定義人的觀念是許多人思考墮胎問題時的出發點。關于量子實質的爭論風行一時，但幾乎所有人都同意哲學家邁克爾洛克伍德的說法：“這里沒有保守的選擇?！辈恍业氖?，由于物理學家們意見不一以及許多人明確地與現實甚至真理脫節，各種各樣的神秘主義和謬論充斥于這一空白領域。建立在對量子理論誤解基礎上的愚蠢學說大量存在。因此，如果你在努力思考“量子”事物時，在相信它之前堅持要求它符合常理，那么你就是

11、在堅持哲學而犧牲了量子理論。四、大一統理論莉薩蘭達爾（哈佛大學物理學教授）：宇宙是怎么運作的？對它的研究將是終極挑戰。愛因斯坦的廣義相對論具有里程碑意義。但是，盡管它所有的預言都很成功，廣義相對論并不是關于萬有引力的最終理論。這一理論在我們試圖推廣到1035米距離間的萬有引力時不再適用。如果我們打算了解諸如大爆炸的起源或者黑洞內部的情況，我們就必須在這樣的距離尺度內進行探測，這時必須有新的理論才能勝任。在各種尺度條件下理解萬有引力并使之與量子力學協調一致并不是粒子物理學面臨的唯一挑戰。我們的粒子物理學理論仍然不能解釋關于粒子和力的一些重要問題，諸如為什么我們確定存在那些特別的基本粒子？它們的質

12、量是如何起源的？物理學家很清楚我們遠沒有完成大一統理論。然而，許多物理學家對此表示樂觀。他們樂觀的一個原因是弦論。根據弦論，隱藏在所有物質背后的最基本的不可分割的物質是弦：振蕩的一維能量環或片斷。與小提琴的琴弦不同，這種弦不是由原子構成的，當然最終也就不可能是由電子和夸克構成的。事實恰恰相反，弦論最激進的假設在于：所有的粒子都起源于潛藏在其背后的弦的振蕩，正是振蕩的特點決定了粒子的性質，諸如粒子的質量和電荷。這些弦能夠令人信服地在3維4維或者更多維的空間移動。但是計算表明正確的維數，包括時間在內，是10維或者11維，這取決于你所使用的弦論的公式。這一暗含在“大一統理論”中的非凡觀念告訴我們，空

13、間的維數遠非我們所見的這些。而且，根據弦論，多維中可以包含“膜”，在多維世界中，粒子和力被限制在這些膜中。盡管它的公式十分迷人，弦論仍面臨許多問題?，F實世界可由弦論的許多模式導出，每一個模式都包含不同的力、不同的維數以及不同的粒子組合。迄今我們仍沒有辦法知道弦論能否正確預言對我們而言可見的空間維數、粒子、力或者宇宙中能量的數量。要解決弦論的問題看起來需要改變迄今所使用的基本方法這超越了目前物理學家和數學家已發展出來的方法。此外，這一理論在能量方面的定義遠遠高于我們最大的粒子加速器所能達到的能量，因此，對這一理論的檢驗將異常困難，需要新的方法與弦論相銜接。只有通過時間的檢驗我們才能知道我們今天通

14、向大一統理論的途徑是否正確。但是關于黑洞和力的正確計算強烈地暗示，我們也許處于正確的軌道上。五、風險約翰亞當斯（倫敦大學學院地理學教授）：我們一定不會錯過有益的體驗，它在那里等著我們去收獲。風險意識只存在于頭腦中?！帮L險”是一個涉及未來且只存在于想象中的詞。人們平常討論風險時，總是圍繞風險究竟是“客觀的”還是“可察覺的”風險進行爭論，但實際上所有的風險都是主觀的。承擔風險意味著去做某事時可能產生不好的結果。人們為什么愿意去做冒風險的事呢？因為，除了潛在的負面效果，冒險也可能帶來回報。當然，我們所做的每一件事都可能導致某種未知的可能的意外一種無意的、不受歡迎的結果。過去，這樣的結果常被稱為以神秘

15、方式發生作用的不可抗力或者壞運氣。然而，在高水平律師的幫助下，將壞運氣對我們的打擊轉化為責任追究的可能性越來越大。我們現在生活在一個風險譴責訴訟補償的文化中，在這種文化中，對冒險行為可能的不利后果的補償意味著人們會對冒險行為要求更大的潛在回報。這是因為對某種無意造成的負面結果負責任的擔心幾乎總是與訴訟（或者訴訟風險）聯系在一起。這種風險因打不贏官司不收錢的律師的出現而被放大。保險公司也被卷了進來：他們總是堅持在庭外解決客戶所提出的索賠。補償頻率和補償規模的日益增大是促使文化變遷的重要驅動力。從走路時踩到石子跌倒到醫療事故的補償金額在飛速上升，與此同時，保險費在同步上揚。支撐訴訟和補償不斷增加的

16、是“譴責文化”的發展。為什么我們都比過去更喜歡指責他人呢？如果是我的好朋友或鄰居無意中傷害了我，我的第一反應并不是起訴他即便我病床邊的電視在不停地刺激我這樣做。但是如果我被一個完全陌生的人傷害，而這個陌生人又很有錢，我是不是會去起訴他呢？我們利用本能、直覺以及經驗過去我們曾經遭遇的看起來與此相似的情況來設想未來，以得出既有正面因素又有負面因素的可能的主觀結局。但我們現在設想未來的方法變了，不可抗力和壞運氣不復存在。大量的人力被用于風險評估，他們的目的就是識別以及避免所有能想象到的災禍之源。但是不管風險評估者得出什么結論，未來仍然是不確定的。從風險評估影響行動的角度來說，它阻礙了對風險回報的追求

17、不管是學生的遠足還是登月之旅。六、混沌詹姆斯約克（馬里蘭大學數學和物理學教授）：我們從未意識到世界上竟有如此多的可能性?？茖W家們也許是意識到混沌的最后一群人。每個人都知道，長遠來看，我們的生活是混亂和不可預測的。本杰明富蘭克林曾寫下這樣的名言：“為了找一顆鐵釘馬蹄鐵丟了，為了找馬蹄鐵馬丟了，為了找馬騎馬的人完蛋了，他被敵人追上殺死了，而這一切只是為了找一顆馬蹄鐵上的鐵釘。”還有人將這一故事進行了進一步的演繹：騎馬人之死以及他所攜帶信息的丟失導致一場戰役的失敗，隨后是一場戰爭的失敗，最終是亡國，所有這一切只是為了找一顆馬蹄鐵上的鐵釘。說說我們身邊的事，我的一位朋友的媽媽嫁給了她所搭乘的出租車的司

18、機。如果她乘坐的是另一輛出租車，我的朋友就不會來到人世。我們的預測必須具有靈活性：我常說最成功的人士是那些擅長實施第二套方案的人?；煦缋碚搶儆谧匀豢茖W和數學領域，用于處理第二套一直到其后無數套方案，描述不穩定的狀態，在這種狀態下，小小的變化會演化成越來越大的變化甚至產生巨大的長遠的影響。當然，科學家們一直就知道這個世界處于混沌狀態，但是直到最近30年，才有少數人意識到進行科學研究最終也可能變得不可預測，即使引發變化的因素是被精確的規則所掌控。與其說是復雜性倒不如說是不穩定性引發了混沌狀態：混沌理論的創建者之一、氣象學家愛德華洛倫茨曾在上世紀60年代舉例說，亞馬孫流域一只蝴蝶翅膀的振動造成氣候產

19、生小小的變化，但是結果卻造成密西西比河流域發生風暴。他的觀點是，我們永遠不可能知道決定某一地區天氣的所有因素；我們最多能預測幾天后的細節。科學家們現在發現許多其它的狀態也相當地不穩定。計算機模型對我們理解整個自然科學中普遍的混沌提供了極大的幫助。例如，我們馬里蘭大學的研究小組志在告訴科學家們如何尋找混沌的變量，尋找多種狀態下共有的特殊現象。但是我仍然想知道，既然幾乎所有科學家都曾經對這種普遍的現象熟視無睹，那么是否還有其他一些明顯的現象被我們錯過？也許混沌本身正在向我們講述什么。七、相對論喬瓦尼卡梅利婭（羅馬大學物理學教授）：如果你想對世界有一個正確的認識，請不要相信直覺。我們關于諸如時間、能

20、量和速度等問題的直覺來源于日常生活中的經驗。但在某些情況下，我們的直覺會誤導我們，使我們偏離事物的真相。用通俗的語言來說，根據我們對日常生活經驗的本能的描述，物體的運動狀態是物體的客觀屬性。但是，正如大約400年前伽利略所理解的那樣，運動必須被看作是一種相對的特性。當我們說“火車在運動”，作為一個客觀事實，我們并沒有明確指出以車站作為我們的參照系統。這符合習慣，但我們也可以同等地選擇火車作為參照物在這種情況下，也可以說車站在移動。只要沒有加速，在火車上玩臺球和在車站玩臺球沒什么兩樣。在1905年，愛因斯坦認識到伽利略的相對性原理不僅適用于機械過程，而且在電磁過程中同樣有效。在完成了這一理論之后

21、，愛因斯坦成功地預測了宇宙的一些與人類常識相反的驚人的新的特性。這些反直覺的性質在實驗中得到了很好的驗證，但是卻與我們日常生活的直覺相矛盾。這也正是我們對相對論著迷的原因。當我們使用一把彈弓投射一枚石子時，石子的速度主要取決于彈弓在釋放石子時的瞬間速度。但是當我們開亮一個電燈泡，光的速度卻與它是由什么東西射出的無關。在所有情況下這一普遍速度大概為每秒30萬公里。這一觀念使我們認識到，與我們天生的直覺相反，時間也是相對的，而不是絕對的。雙胞胎姐妹宇航員分乘不同的宇宙飛船以某一恒定的相對速度旅行，她們的“變老”過程令人吃驚：她們都將感到對方比自己老得慢。如果她們中的一位駕駛宇宙飛船以某種方式最終與

22、另一位會合，那么在她們碰頭的那一刻，她們將發現，以恒定速度飛行的宇宙飛船上的那位宇航員會比后來選擇改變速度的宇航員老得快。由于時間的絕對觀念在我們本能的世界觀里根深蒂固，我們將上述現象通俗地稱為“雙胞胎悖論”。但事實上這里根本不存在矛盾。雙胞胎姐妹并沒有過同樣的生活：其中的一個經歷了一系列的加速。愛因斯坦的成就就體現在這里。愛因斯坦的工作使宇宙獲得了重新定義，它使我們對事物有了新的洞察，諸如質量可以被轉換為能量，以及電磁輻射的速度等于光速是大自然的一把特別的尺子，是速度的最大極限值。它的作用還不止于此。當伽利略的第一個相對性理論用科學語言闡明某些與我們的日常直覺并不矛盾的事實時，愛因斯坦相對論

23、卻告訴我們，當我們思考超越日常生活的事物時，結果可能與我們的直覺完全不同。八、氣候變化帕喬里（政府間氣候變化問題研究小組主席）：如果我們不做出應有的反應，戰爭、瘟疫和饑荒將接踵而來。為什么人類應該關注氣候變化？因為它的影響對人類社會帶來了前所未有的挑戰。氣候變化的基本原因是大氣中溫室氣體濃度的增加。其中尤以二氧化碳為甚。在工業革命之前，大氣中二氧化碳的濃度大約為280ppm，到2000年，它的濃度是368ppm。新千年頭幾年的數據顯示，二氧化碳濃度仍在持續增加，預計到本世紀末其濃度將達到540ppm970ppm。大氣中二氧化碳濃度越高，地球溫度就越高。到本世紀末地球溫度預計將在1990年的基礎

24、上升高1.4到5.8攝氏度，而在整個20世紀，地球溫度估計上升了0.6攝氏度。地球的溫暖化將對氣候造成多種影響。例如：全球年平均降雨量預計將發生變化，許多地區洪澇和干旱的頻率將增加，與此同時水資源短缺將更為嚴重。在21世紀，冰川將繼續大范圍地后退。氣候變化所導致的最嚴重和最具威脅性的影響是全球平均海平面的上升，這主要是海洋的熱膨脹以及冰川和冰帽的融化造成的。預計到本世紀末，全球平均海平面將上升0.09到0.88米，實際的海平面上升量則取決于經濟和技術的變化。但即便海平面只上升到這一范圍的中間值，也可以想象得到它會帶來“卡特里娜”颶風那樣的破壞程度。全球變暖和氣候變化還可能導致許多其它的后果。蚊

25、子和水生病原體等帶菌者的變化以及水質和空氣質量的下降將影響到人們的健康。這類影響將更多地發生在發展中國家及窮人身上。而且，火災、干旱、害蟲群襲、物種入侵、暴風雨以及珊瑚白化將給生態系統造成嚴重破壞。氣候變化還將對世界許多地區的生物多樣性構成嚴重威脅。也許全球變暖最深遠以及最急迫的影響在于它對全球糧食保障構成的威脅。谷類作物模型顯示，一些氣候溫和的地區，溫度的小幅上升也許會增加糧食產量，而溫度的大幅上升總是導致減產。在大部分熱帶和亞熱帶地區，大多數預計的溫度上升值都將導致糧食減產。由于全球人口最密集的地區位于亞熱帶和熱帶，氣候變化看來一定會損害相當多人口的生計。由于這些地區的農業產量下降的可能性非常大，全球糧食總產量也會隨之下降。結果會出現糧食價格上升。對未來的這些預測凸顯出采取行動的重要性。當你認識到即便溫室氣體的排放很快穩定下來、它