科學如何改變過去100年的世界

　　2017-11-17 10:12宇宙/基因/人類

　　

　　圖1 英國皇家學會會長、諾貝爾化學獎獲獎者文卡·拉馬克里希南

　　2017 年10 月，英國皇家學會會長、諾貝爾化學獎獲獎者文卡·拉馬克里希南（Venki Ramakrishnan）爵士在BBC 的演講中設想了科學發現的本質，他談到「現代發明往往依賴於人們幾百年前的發現」。科學在短短100 年的時間內改變人們的世界觀，人們應關注當下的科學研究，就像人們100 年前曾關注的一樣。

　　如果人們可以發明時光機器，將人類社會中最聰明的人從1900 年運輸到今天的世界，他們一定會驚訝現代人處理困擾人類幾百年問題的方式。很難想像，在這100 年中，人類的科學技術有了如何巨大的飛躍。在100 年前，人們不知道自己是如何繼承和傳遞人類的性狀，單細胞如何能夠成長為一個完整的有機體。人們不知道原子本身就有結構（atoms 這個詞本身意味著不可分割），或者為什麼存在引力。人們也不知道一切是怎麼開始的，無論是地球上的生命還是宇宙本身。現在，由於基礎研究的不斷發展，人們可以回答或至少開始回答這些謎團。這些問題的解答已經改變了人們看待世界的方式，也正在改變人們的日常生活。因此，今天人們理所當然可以認為，這些改變來源於基礎科學和技術相互作用，每一個互動都在推動著技術的前進。幾乎每一個現代發明都有一個或許多的基本原理的發現作為推動，從而使之得以實現。而往往這些基礎發現已經有數百年的歷史了。例如，如果沒有牛頓的運動定律，人們無法發明出噴氣發動機和火箭。

　　在這100 年之中，科學發現及研究的過程中有許多重要的時刻，例如DNA 雙螺旋結構（圖2）的發現震動了學術界,啟發了人們的思想。但即使這樣的重磅發現也是基於達爾文（Darwin）和孟德爾（Mendel）工作的成果之上。自DNA 結構發現后，人們以遺傳學為中心展開了大量的分子生物學研究工作，包括4 種鹼基如何編碼20 種氨基酸，並最終破解了遺傳密碼，基因在DNA分子水平上得到了新的驗證。基因對性狀的控制是通過DNA控制蛋白質的合成來實現的，在此基礎上，科學家們相繼發展出基因工程、酶工程、發酵工程、蛋白質工程等,帶動了現今生物技術的發展，人類的整個DNA——人類基因組已經被測序。

　　

　　圖2 DNA 結構的發現是科學史上的重要一刻（圖片來源Science Photo Library）

　　這反過來又使人們有能力弄清楚遺傳疾病是如何產生的，以及如何解決這些問題。最近研究表明，科學家有希望通過修改人們的基因來治癒癌症。蕾拉（Layla Richards）是世界上第一個採用基因療法的女孩，蕾拉1 歲時被診斷為白血病，而傳統治療方法對她無效，隨後專家團隊採用了CAR-T 療法，經過18個月的治療，蕾拉的病情明顯好轉。這一結果表明了基因編輯療法的有效性。CAR-T細胞療法通過對免疫細胞進行基因修飾來靶向癌細胞。修飾后的免疫細胞可以在病人體內識別癌症細胞表面的特定分子，這使得它可以在不損害正常基因功能的情況下立刻殺死癌細胞。人類的複雜性使人們才剛剛開始了解自己的基因如何調控身體以及它們如何與環境相互作用，與此同時遺傳技術也給社會帶來一些倫理問題，包括應如何適當地理解及使用基因技術，以及在研究過程中，應如何進行限制。

　　大爆炸宇宙論的出現也是如此。100年前，諸如宇宙存在的奧秘，對許多人來說還牢固地局限於信仰的領域。自從人們觀察到宇宙不是恆定的，而星系總是在向外分離漸遠后，人們可以確定宇宙是從一個大爆炸（圖3）開始的。這一知識讓人們了解到–現在存在的最大問題是，一切都來自哪裡？這種想法使人類的藍色星球看起來越發渺小，然而人們仍在不斷追求更多的外界的知識。從阿波羅探測器到卡西尼探測器，再到用於尋找引力波和系外行星的哈勃望遠鏡，所有這些突破似乎讓人們對宇宙更加好奇。

　　

　　圖3 人們了解到宇宙是從一個大爆炸開始的（圖片來源SPLImage caption）

　　今天，人們大部分時候通過電子屏幕來看這個世界。智能手機已經非常普及，在這一物體的發明過程中，也有許多重要的科學發現。智能手機強大的計算能力取決於由晶體管組成的集成晶元，其發現與量子力學息息相關。智能手機中的GPS 系統依賴於使用狹義的廣義相對論（即人們曾經認為沒有實際價值的理論）來校正來自衛星的時間。「我懷疑有多少人了解這個小盒子背後的所有發現。」文卡談到。

　　計算機在推動著科技的發展，挑戰人們看世界的角度。機器學習的應用正逐漸改變人們的生活機器學習在包括醫療保健和改善其他公共服務等領域展現了巨大的潛力，並可能很快帶來無人駕駛汽車（圖4）和更加複雜的機器人，但是人們需要做出主觀決定，使智能機器促進人類蓬勃發展。

　　

　　圖4 機器學習產生了無人駕駛汽車（圖片來源GETTY IMAGES）

　　科學和技術發現本身在道德上是中立的，但人們對它們的使用卻不是。一個把人們世界觀轉向到兩個截然不同方向的發現就是核裂變。它的發現導致了已知最具破壞性武器的發展。有人認為，對於破壞的恐懼已經成為渴求和平的強大動力，但從今天與朝鮮的局勢可以看出，這不是一個穩定的解決辦法。另一方面，核裂變也保證了一個可靠的能源來源，而這個能源曾被樂觀地預測為「太便宜了」。

　　科學是追求關於人們和人們周圍世界的知識。對知識的追求塑造了人們對世界的看法，對知識的應用也是如此。科學使當代人的生活質量比100 年前的祖先好得多。但是科學技術的應用並不是科學家單獨塑造的，這依靠文化、經濟和政治因素的相互作用。科學是人類知識的勝利，了解其多種用途可以幫助人們參與影響到所有人的決策。

　　本文由《科技導報》編輯部田恬根據英國皇家學會會長、諾貝爾化學獎獲獎者文卡·拉馬克里希南（Venki Ramakrishnan）爵士於2017 年10 月在BBC 的演講編譯而成。

　　注：本文發表在2017年第21期《科技導報》，歡迎關注。本文部分圖片來自網際網路，版權事宜未及落實，歡迎圖片作者與我們聯繫稿酬事宜。

　　

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