盤點未來或改變世界的十二件大事

  對人類而言,未來有哪些令人矚目的事件將會發生呢?我們挑選出12個可能發生的重大事件,並評估了它們在2050年前發生的可能性。其中一些無疑會讓我們恐慌,比如導致物種大滅絕的小行星撞擊、發動戰爭的智能機器,還有弗蘭肯斯坦的科學怪人。

  然而經驗表明,許多事件的發展往往和人們事先的設想不同。不過有一點是肯定的:它們都具備足夠的“殺傷”力,可以永久改變我們對於自身的認識,並顛覆我們的生活方式。

  1.克隆人

  克隆人的過程困難重重,但它的誕生似乎已是必然。

  從1996年多利羊誕生之日起,克隆人的誕生似乎就已經不可避免了。但迄今為止,除了信奉UFO的邪教組織支持的一家公司曾號稱實現了克隆人,還沒有社會認可的人類克隆記錄——當然,自然誕生的同卵雙胞胎除外。

  儘管其他哺乳動物的克隆研究已經捷報頻傳,但事實證明,克隆出的動物中仍有大約 25%存在明顯生理缺陷。美國馬薩諸塞州伍斯特市先進細胞科技公司的羅伯特·蘭扎指出,重編程、細胞培養及胚胎處理過程中的“差之毫釐”,都會導致發育結果“謬以千里”。他認為,克隆人類的嘗試風險極高,這就“如同讓嬰兒乘坐有一半爆炸幾率的火箭發射升空”。

  即便技術上能夠做到萬無一失,倫理問題也依舊無法迴避:在某人不知情或違背他意志的情況下,能否對他進行克隆?而在另一方面,克隆體的人生可能會更加完美,因為他可以“吸取”母體的經驗教訓,美國哈佛醫學院的分子技術專家喬治·M·丘奇(George M. Church)說:“如果我到 25歲才發覺自己有一雙音樂家的耳朵,卻沒有接受過任何音樂訓練,我就可以告訴自己的克隆體,5歲時就開始學習音樂。”

  丘奇表示,儘管在化石形成過程中 DNA會受損,但一塊完好的化石仍能提供足夠多的分子,用以獲取一個可克隆的基因組。考慮到子宮環境與妊娠期等因素可能不匹配,與常規克隆相比,讓已滅絕物種的克隆體在現代物種體內孕育是更大的挑戰。

  迄今為止,僅有的一次嘗試是克隆一種西班牙野山羊(bucardo,於2000年滅絕),但克隆體在出生後不久就因肺部缺陷死亡了。

  在美國,並非所有的州都禁止人類的生殖性克隆。聯合國對此頒布了一項無約束性禁令。蘭扎推測,如果克隆人真的誕生了,它也將“出現在世界上管制措施比較薄弱的地區——很可能是由某個富有且古怪的人完成的”。一旦克隆人成為現實,我們是在恐懼中畏首畏尾,還是像對待體外受精(in vitro fertilization)那樣逐漸接受呢?可以肯定的是,對創造生命新方式的開發將促使我們思考,掌握了威力如此巨大的科學力量後,隨之而來的責任是什麼。

  2.隱藏的維度

  世界上最大的粒子對撞機或能揭示更多的空間維度。

  想不想把手伸進第四維空間?在那裡你能掙脫三維幾何的枷鎖。亂如麻的各種線纜從此不再讓你絕望;寵物狗咬壞了你的右手手套,你可以把左手的翻過來給右手戴;牙醫不需要在牙上鑽孔,甚至不需要你張嘴,就可以完成根管治療。

  額外的維度看起來確實神奇,而且它們可能真的存在。從相對較弱的引力(引力是 4種基本相互作用力中最弱的一種),到看起來各不相同的粒子和作用力之間的深層聯繫,這個世界的眾多謎團都讓人覺得,我們所認識的宇宙只不過是一個更高維實在的投影。果真如此的話,瑞士日內瓦附近的大型強子對撞機(Large Hadron Collider,LHC)將粒子撞碎而釋放出的能量,或許就足以使粒子脫離三維空間的束縛,讓我們一窺神奇的高維世界。

  美國麻省理工學院的宇宙學家馬克斯?泰格馬克(Max Tegmark)說,若能證實額外維度的存在,“目前對‘實在’的所有認識將被顛覆”。他曾在 1990年編寫過一個四維空間版的俄羅斯方塊遊戲,用來體驗額外維度是個什麼樣子。(遊戲中你要同時在四維空間的各個不同三維切片中控制下落的方塊。)

  在現代物理學理論中,額外維度的主要理論基石是超對稱(supersymmetry)概念,它試圖將各種不同類型的粒子統一在一個大家庭裡。要實現這種統一,超對稱需要空間總共具有 10個維度。我們之所以覺察不到三維之外的其他維度,要麼是因為這些維度非常細小,要麼是因為我們本身被限制在一個三維的膜上,猶如趴在葉片上的一條毛蟲,只能在葉片上爬來爬去。

  當然,不是所有的大統一候選理論(unified theory)都要求有額外維度。所以能否發現這些維度就將成為一個分水嶺。“這能讓我們集中在最有可能的理論上,”以研究三維膜理論而聞名的哈佛大學物理學家莉薩?蘭多爾(Lisa Randall)說。增大粒子加速器的能量是接觸這些額外維度的方法之一。按照量子力學定律,一個粒子能量越高,它的尺度就越小,1 TeV(1012電子伏特)對應的尺度大約是 10-19米,如果某個額外維度有這麼大,這個粒子就會落入這個維度,並開始振蕩。

  1998年,美國密歇根大學安阿伯分校的物理學家戈登?凱恩(Gordon Kane)猜想,兩個質子在 LHC中對撞產生出電子和其他粒子,它們的能量既有可能是1TeV,也有可能是 1TeV的整數倍,例如 2TeV或 3TeV。如果觀察到了這種能量倍增現象,這就說明撞擊導致了粒子在額外維度中發生振蕩。除此之外,不論是常規的粒子過程,還是暗物質粒子之類的奇異過程,都無法作出解釋。

  額外維度還可能通過其他方式暴露蹤跡。如果 LHC製造出了亞原子尺度的黑洞,就能直接證明額外維度存在,因為三維空間中的常規引力在如此之小的尺度上極度微弱,根本無法產生黑洞。由於幾何上的原因,額外維度可能增強引力的作用,也有可能改變電磁力等其他基本力在小尺度範圍內的作用方式。額外維度還決定了超對稱性如何發揮作用,從而有可能在粒子的質量和其他性質中留下獨特的印跡。除了LHC,測量引力強度、觀測黑洞或爆炸恆星運行軌道等其他手段,或許也能幫助科學家找到額外維度的蛛絲馬跡。

  一旦發現額外維度,面臨變革的不僅有物理學,還有與之相關的所有法則。額外維度或許可以解釋宇宙加速膨脹之類的一些謎題,甚至可能成為重新定義整個維度概念的序幕——因為它進一步強化了科學家日漸萌生的一個猜測:這個世界本質上既不存在空間也不存在時間,空間和時間都是從一些物理學原理中湧現而來的。

  “因此,儘管額外維度會是一個讓人震驚的發現,”美國新澤西州普林斯頓高等研究院的物理學家尼馬?阿爾坎尼-哈米德(Nima Arkani-Hamed)說,“但在更深的層次上,額外維度的概念並非特別基本。”

  3.人造生命

  合成生物學(synthetic biology)能夠改造有機體,但它能

  賦予無生命物質生命嗎?

  一位科學家將少量無機化合物添加到冒著氣泡的燒杯中,然後搖了一搖。瞧,微妙的反應發生了,新的生命形式自行組裝而成,馬上就能夠繁殖生長。上述場景就是對合成生物學或實驗室中創造生命的通俗想像。

  不過,該領域的研究者對給無生命物質賦予生命並無興趣。事實上,無生命的化合物在沒有指導的情況下如何自組裝形成有生命且可自我複製的細胞,科學家對這些基本過程仍知之甚少。在 1952年著名的米勒-尤列(Miller-Urey)實驗中,二人以原始大氣為原料制備得到了氨基酸,但這一實驗難以重複。

  如今的合成生物學,更側重於修改現有的有機體。合成生物學可以被視作加強版的遺傳工程:合成生物學家所做的,不僅僅是替換一個基因那麼簡單,而是修改一大段基因,甚至整個基因組。DNA的改變可以迫使生物體大量合成化學物質、燃料,乃至藥物。“他們的工作就是從零開始構建出生命指令,並將這些指令加入到某些已經存活的生物體中,取代原有的指令, ”美國斯坦福大學的生物工程學家德魯?恩迪(Drew Endy)解釋說,“合成生物學為生命在世間的散播定義了又一條途徑。從此,生命無須再直接從父母那裡遺傳了。”

  就這一點來說,一些科學家認為,用人造細胞去複製現有細胞是沒有任何道理的。美國哈佛醫學院的遺傳學家及相關技術研發者喬治?M?丘奇(George M. Church)就主張:“與其造出一個與現有細胞非常相似的細胞,還不如直接利用現有細胞。”

  合成生物學實際上就是把大規模工程學引入生物學領域。設想這樣一個世界:無需機械或人工的手段編織椅子的外形,經過編程的竹子就可以長出椅子來;自組裝的太陽能面板(即經過改造的樹葉)可為房屋供電;樹木的根部可以分泌柴油燃料;經生物工程改造的生物系統在氣候變化的條件下同樣能茁壯成長,有些還能用於清除污染;重編程後的細菌甚至能夠潛

  入人體內,在我們的機體內部彙集成一支治療疾病的醫生大軍。

  丘奇主張:“總體說來,任何能製造出來的東西都可以用生物學的方法來生產。”合成生物學在小規模水平上已經付諸實用:從耐高溫微生物體內提取的、常用作洗衣粉添加劑的酶,經過改造已經能夠在冷水中發揮效用,因此可以節約能源。

  合成生物學“將徹底改變未來 100年內我們製造任何東西的方式”,美國華盛頓特區伍德羅?威爾遜國際研究中心(Woodrow Wilson International Center for Scholars)科學、技術與創新計劃主管戴維?雷赫斯基(David Rejeski)預言:“我們能夠在生物學相關尺度上設計物質,如此巨大的變革可以與 19世紀的工業革命相媲美。”

  宏偉的前景也會帶來巨大的風險——實驗室中經改造的有機體可能逃逸。目前絕大多數的人造有機體還比較脆弱,尚無法在野外環境中生存。針對未來更加成熟的人造有機體,合成生物學家期望能夠制定出多種形式的安全保護措施,諸如嚴格監管、在新的遺傳密碼中嵌入某種自毀序列等。由於科學家能夠在基因水平上完全重塑有機體,他們有辦法讓人造有機體與自然系統隔離開——恩迪說:“我們能讓它們快速失去活性。”

  雖然如此,一些科學家仍在嘗試真正的再造生命。美國 J?克雷格?文特爾研究所的卡羅爾?拉蒂格(Carole Lartigue)、漢密爾頓?史密斯(Hamilton Smith)與同事已經從零開始合成出了一個細菌的基因組,甚至將一種微生物轉變成了另外一種(參加第 34頁《“人造生命”背後》一文)。其他地方的科學家已經構建出了人造細胞器(organelle),甚至還成功製造出一種全新的細胞器——合成體(synthosome),用於製造合成生物學所需的酶類。從零開始製造生命或許即將實現。

  這樣的科學壯舉並不意味著科學家已經理解了生命最初誕生的方式,卻激起了一些人士的擔憂,他們認為人不應當擁有神一般的能力。不過,創造生命還可能讓我們變得更加謙遜,因為它會改變我們對於與我們相伴的生命形式的理解。“好處將是,與分子水平上的生命合作重建我們的文明,可持續地生產我們需要的物質、能量及原料,”恩迪說,“我們將與地球上的其他生命形成一個合作的平衡,實現的方式與目前人類和自然的相互作用方式截然不同。”

  4.室溫超導體

  火力發電廠可以建造在任何地方,但利用可再生能源的綠色電廠就要謹慎選址了,因為高原上才有強勁的風,沙漠中方能長沐日光,因此要向綠色能源轉變,我們面臨的最大挑戰之一,就是如何跨越數百千米的距離,將這些來自偏遠之地的電力輸送至城市。

  最先進的超導電纜可將電能輸送幾千千米而僅有百分之幾的損耗。但麻煩的是,電纜必須一直浸在77K(約 -196℃)的液氮之中。因此,如果要架設這樣的電纜,每隔一千米左右就必須安裝泵機和冷卻設備,大大增加了超導電纜方案的成本和複雜程度。

  能在常溫常壓下工作的超導體,將使全球化電力供應夢想成真。通過橫穿地中海底的超導電纜,非洲撒哈拉沙漠的太陽也可以給西歐供電。然而,製作室溫超導體的秘訣至今依然成謎,與 1986年時沒有什麼兩樣——研究人員就是在那一年,首次制備出了可在相對“高溫”的液氮中實現超導的物質(此前的超導體需要冷卻至 23K以下)。

  2008年,一大類以鐵元素為基質的全新超導體(鐵基超導體)被人發現。理論學家能夠找到高溫超導體工作機制的希望也因此而大增(參見《環球科學》2009年第 8期《高溫超導“鐵”的飛躍》)。如果掌握了這一機制,室溫超導體也許就不再遙不可及。遺憾的是,目前進展仍很緩慢。

  雖然額外維度對物理學家來說魅力無限,作為普通人的我們卻永遠無法造訪。如果構成我們身體的粒子可以隨意造訪這些維度,額外的運動自由度會使包括生命在內的複雜結構變得不再穩定。杯具啊,絞成一團的耳機線和疼痛難忍的牙鑽孔,竟然是為了保證我們得以存在而必須付出的代價。

  5.機器的自我意識

  機器人掌管世界會怎樣?

  能夠自我複製、自我學習、適應不同環境的高智能計算機和機器人,一旦出現必將改變世界,對於這一點,人工智能研究者深信不疑。引起爭議的原因是這樣一些問題:這一切會在何時發生,影響會有多深遠,人類應該如何應對。

  今天的智能機器大都是設計用來在已知條件下完成特定任務的。不過,未來的智能機器將擁有更多自主性。美國康奈爾大學機械電腦工程師霍德?利普森(HodLipson)說:“我們想讓機器去完成的任務越複雜,就越是需要它們能夠自己照顧自己。”利普森指出,我們越是無法預見問題,就越需要機器能夠自己適應環境變化並自行作出決定。利普森說,隨著機器越來越懂得如何學習,“我覺得它們終將走上意識和自我覺醒之路”。

  雖然神經科學家對意識的生物學基礎一直爭論不休,但系統複雜度似乎是關鍵因素之一,這就暗示,擁有高級軟硬件配置的自適應計算機有朝一日或許會自我覺醒。如果《終結者》之類的電影預言正確的話,有一種方法會讓我們意識到機器已經獲得了意識,那就是它們突然向人類發動戰爭。專家認為,我們很有可能會看到這一幕的發生。

  電影中的這一構想,來源於對人類自身的觀察。美國倫塞勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)的邏輯學家和哲學家塞爾默?布林斯約爾德(Selmer Bringsjord)說,只有我們人類達到了這樣一種智力水平,讓我們能夠一次又一次跳出條條框框,達到越來越高的水平。用他的話來說,人類有能力把他們從自身的認知局限中解放出來,而動物似乎被鎖進了一個“一成不變的認知囚籠”。一旦機器意識到自己的存在,並瞭解到自身的結構,它們就能設計一個自我改進方案。“這將帶來一系列很棘手的連鎖變化,”威爾?賴特(Will Wright)說。他是《模擬人生》(Sims)遊戲的開創者,也是美國加利福尼亞大學伯克利分校機器人工作室蠢趣俱樂部(Stupid Fun Club)的聯合創始人。機器在自我意識首次覺醒之後就會進行自我完善,用賴特的話來說,這是“使事情變得有趣的關鍵一步”。這樣的自我完善可能會連續發生好幾“代”,對機器來說,更新一代只需要短短幾個小時。

  換句話說,賴特指出,自我意識導致自我複製,導致更好的機器可以在無人類參與的情況下製造出來。就人類命運而言,“我個人總是覺得,這個場景要比許多其他情景可怕得多,”他說,“或許我們在有生之年就會看到這一幕。一旦出現了某種形式的超級智慧要同我們分享地球,一切就都完了。”

  並不是所有人都如此悲觀。畢竟,機器是依照它們程序的邏輯工作的,布林斯約爾德說,如果正確地給機器編寫程序,“機器是不會獲得某種超自然能力的”。他指出,值得擔心的應該是先進的機器智能在武器或戰鬥機器中的秘密應用,這些領域沒有人能夠密切監控。除此之外,布林斯約爾德說,只要負責任地使用人工智能,“我敢說我們能夠控制未來”。

  未來派傑出作家雷?庫日韋爾(RayKurzweil)也認為,更高智慧的人工智能不會以“取代人類的機器異形侵略者”的形象登場。他說,機器的發展將會遵循一條與人類進化相似的道路。不過他也認為,最終,擁有自我意識、能夠自我改良的機器將進化到超出人類控制能力、甚至理解能力的地步。

  不受人類控制的機器會帶來何種法律問題,現在尚不明瞭,所以“花些心思來考慮這一問題,或許是個好主意”,利普森說。已故的艾薩克?阿西莫夫(isaacasimov)提出過“機器人三定律”,本質上是要求機器人不能傷害人類或者坐視人類受到傷害。利普森指出,阿西莫夫的三定律有一個前提,那就是“假設給機器人編程的是人類”。一旦機器人開始給自己編程,

  甚至刪除人類指令,此類倫理法則就會變成一紙空文,很難得到遵守。

  不過,還有一些人認為,人類或許壓根就不應該去控制新一代的人工智能。賴特問道:“誰敢說這不是進化的必經之路?難道當初恐龍就應該規定,哺乳動物不能長得更大,不能更多地主宰這個星球嗎?”如果最終證明我們不可能控制這些硅基夥伴,我們最好還是祈禱能夠和它們和平共享這個星球吧。

  6.兩極消融

  上升的海平面將會改變世界。

  嚴格說來,美國的版圖正在縮小。在20世紀,美國東海岸的海岸線後退了近20米。由於脹冷縮(溫度更高的水佔有更大的體積)和持續的極地冰蓋消融,海平面自 1900年以來已經升高了大約 17厘米。

  然而,比起海平面將要上升的高度,這 17厘米根本不算啥。“做好本世紀末升高一米的準備吧,”美國航空航天局退休科學家、冰川學家羅伯特?賓德謝德勒(Robert Bindschadler)說,“海洋裡的熱量正在使冰蓋消融。”

  一些著名的預言,例如美國佛羅里達州淹沒在海平面 5米以下,孟加拉國變成海灣,可能還要再過幾個世紀才會實現。但是到 2100年,北極無冰和海岸線變樣都會發生。根據英國倫敦經濟學院經濟學家尼古拉斯?斯特恩(Nicholas Stern)估算,全球約有 2億人居住在高出目前海平面不到一米的地區,其中包括全球十座最大城市中的 8座。“他們將不得不遷移,”賓德謝德勒說。

  事實上,除非對溫室氣體排放進行控制,否則覆蓋在高山地區(約佔地球上總冰量的 1%)、格陵蘭島( 9%)和南極州(90%)的冰蓋終會消融殆盡。如果它們完全融化,最終將會使海平面上升 65米。

  冰蓋全部消融需要幾個世紀,然而,冰蓋的消融速度比科學家在僅僅幾年以前所作的預計還要迅速。哪怕海平面平緩上升,發生災難性風暴的風險也會逐漸增大。另外,最近人們才驚訝地意識到,冰蓋對周圍海水還有萬有引力效應:大體來說,如果格陵蘭冰蓋融化,“海平面的上升主要會發生在南半球”,反過來,如果南極冰蓋融化,北半球海平面將上升更多。加拿大多倫多大學物理學家 W?理查德?佩爾蒂埃(W. Richard Peltier)解釋說:“我們認為,南極洲西部是最容易受目前全球變暖影響而消融的地區。”

  即使減少溫室氣體的排放,極地冰蓋的融化也難以避免,因為冰蓋對氣候的響應是滯後的,而且一旦消融,再重新形成冰蓋將十分困難。人類將如何適應這個“未來水世界”依然未知,但根據目前的趨勢,賓德謝德勒指出,“我們無法逃避這個現實”。

  7.太平洋地震

  大地震會不會把加利福尼亞州撕成碎片?

  這場預料之中的大地震襲來時,洛杉磯可能還不至於被震離大陸,變成一座孤島。但是聖安德烈亞斯斷層(San Andreas faul)發生的每一次地震,都會把洛杉磯向舊金山推進幾米。很長時間以來,科學家們和公眾都預期一場大地震會降臨在美國西海岸。美國地質調查局估計,加利福尼亞州在 2038年之前將遭遇一場至少裡氏 6.7級地震(與 1994年加利福尼亞州北嶺地震震級相同)的概率高達99%。

  但是,這場地震很可能更大,甚至大得多。位於南加利福尼亞州的美國地質勘探局綜合性多災害演示項目(Multi-Hazards Demonstration Project)首席科學家露西?瓊斯(Lucy Jones)說,如果大部分聖安德烈亞斯斷層同時斷裂,地震會達到裡氏 8.2級。

  聖安德烈亞斯斷層自南加利福尼亞起,直到穿越舊金山灣區,綿延約 1 300千米。它是向東南移動的北美板塊和向西北移動的太平洋板塊的分界。根據地質記錄,科學家認為,該斷層通常每隔大約150年就會斷裂一次。而現在距上一次大規模斷裂已經差不多 300年了。

  如果發生一場裡氏 7.8級的地震(在2008年的美國地質勘探局和加利福尼亞州地質協會的報告中,這被稱為“看似合理的情況”),差不多 1 000萬南加利福尼亞州居民會遭到波及,造成約 1 800人死亡,5萬人受傷。根據美國地質勘探局“假想中的大地震”模擬預測項目估計,這一規模的地震意味著斷層將會移動 13米。如此程度的錯位會摧毀跨越斷層的道路、管道、鐵路及通信線纜,並引發滑坡。接下來數周,這一地區還將遭受一系列強度可達裡氏 7.2級的餘震。瓊斯指出,這場地震預計會直接造成約 2 000億美元的破壞,基礎設施和商業秩序被長期破壞,還將導致數十億美元的其他損失。

  然而,聖安德列亞斯斷層並不是唯一一個可能斷裂的斷層。而且即使相隔數千千米,沿一個斷層發生的地震也會引發其他斷層中積蓄已久的地震。今年 1月,加利福尼亞州北部近海岸發生的一場裡氏 6.5級地震位於卡斯卡迪亞地層潛沒帶(Cascadia subduction zone,位於美國西北太平洋沿岸)南端。這個板塊邊界有能力引發一場強度至少達到裡氏 9.0級的地震——與引發 2004年那場可怕大海嘯的蘇門答臘大地震震級相同。地質記錄表明,公元 1700年這裡曾發生過一次大地震,引發的海嘯穿越了太平洋,一直抵達日本。在未來數十年內發生類似規模地震的概率約為1/10。

  美國俄勒岡州立大學地球物理學家羅伯特?耶茨(Robert Yeats)說,預測地震有點類似於根據氣候記錄去猜測未來一周的天氣。他補充說,知道一場地震可能在不久的將來發生,“不一定會影響你的度假安排,但一定會影響建築規範”。大型建築是最安全的,加利福尼亞州的一些摩天大樓都是按抗裡氏 7.8級地震的標準建造。正是因為一場大地震似乎遲遲沒有發生,下一場地震或許不會如預期中最壞的情況那麼嚴重。科學家仍在深入研究地質記錄中大地震(超過裡氏 6.0級)發生的頻率,一些新證據暗示,聖安德列亞斯斷層會越來越多地發生小型地震,而不是大地震。

  得益於現代防震建築和公共預防運動,當預期中的大地震真的襲來時,或許人們會發現它造成的損害並不如一直想像的那麼巨大。而在世界上比較貧窮、沒有做好充分準備的地區,即使地震規模較小,也會造成大得多的災難。今年 1月發生在海地的地震就是一個典型的例證。這場地震造成近 25萬人死亡——用血的教訓提醒我們,在斷層的突然滑動面前,沒有進行過詳細防震規劃的城市是多麼的脆弱。

  8.核聚變能源

  雖然它能緩解環境危機,但實現起來仍有難度。

  曾有人這樣揶揄核聚變能源:無論何時,問實現的時間,永遠需要20年。今天看來,這還是太過樂觀了。

  世界上最大的等離子聚變項目,位於法國南部的國際熱核聚變實驗堆 (ITER,參見《環球科學》2010第 4期《核聚變懸疑》一文),最早也要等到 2026年才能開始核聚變實驗研究。工程人員至少需要十年時間對 ITER進行測試,然後才能開展下一步工作。

  在這個項目中,他們計劃將把等離子體束縛在“磁瓶”裡,最終建成一個可輸出淨能量的核聚變反應堆實驗原型。要看到能直接向電網輸送能源的反應堆開始運行,那是下一代人的事了。

  與此同時,人類社會對能源的胃口卻永無止境。“全世界對能源的需求都如此巨大,增長都如此迅速,迫使我們必須另闢蹊徑,”美國國家點火裝置(National ignition Facility,NIF)主管愛德華?摩西(Edward Moses)說。(NIF位於美國加利福尼亞州的利弗莫爾國家實驗室,是美國主要的核聚變實驗裝置,它將多束激光聚焦於很小的靶丸上引發核聚變反應。)理論上,聚變電站可以提供這樣的一條“蹊徑”。

  這種電站以存在於普通海水中的重氫為原料,不產生任何有害排放──沒有煙塵、沒有核廢料、不排放溫室效應氣體。它們將駕馭使太陽發光發熱的內部能源,為我們這顆行星提供電力。

 

  然而實際上,核聚變大概不會如物理學家期望的那樣改變世界。事實證明,觸發和控制核聚變進行自持反應(self-sustaining,指聚變產生中子數等於消耗中子數,使得反應平穩持續)所需的技術極為複雜。除此之外,第一代聚變反應堆肯定會價格不菲,本世紀內無法廣泛應用。

  摩西等人認為,能最快接近核聚變的途徑莫過於“雜交技術”,即用聚變反應來加速核廢料中的裂變反應。在這種被稱為“激光慣性聚變引擎”(laser inertial fusion engine,LIFE)的方法中,大功率激光束將能量聚焦在很小的靶丸上,能量衝擊將點燃初級核聚變反應,聚變產生的中子向外傳播,擊中外面包裹的裂變物質殼層,殼層可以是來自核電站的乏燃料(spentfuel,使用過的燃料),也可以是軍事上常用的貧鈾(depleted uranium)。放射性廢料在中子的轟擊下會觸發更多衰變,釋放出可用於發電的熱,同時加速廢料本身向穩定物質的轉變(從而解決了核廢料的處理問題)。摩西稱,他能在 2020年之前製造出一台基於 LIFE的工程原型,並在2030年之前實現並網發電。

  換句話說,可以利用核聚變的實用反應堆距離現在,真的只有 20年了。

  9.地外文明

  我們該如何回應來自外太空的信號?

  50年前,一個沉溺於“星際竊聽”的天文學家把一台無線電天線對準了我們的近鄰,想看看究竟能聽到些什麼。1960年 4月,在美國西弗吉尼亞格林班克的國家射電天文台,時年 29歲的弗蘭克?德雷克(Frank Drake)將一架直徑 26米的射電望遠鏡瞄準了兩顆近距恆星,來尋找那裡可能存在的文明發出的信號。雖然搜尋工作無果而終,但德雷克的“奧茲瑪”計劃開啟了目前仍在進行中的地外文明搜尋,又稱SETI。

  今年 5月就已年滿 80歲的德雷克依然工作在這一領域,主管著非營利性的 SETI研究所下屬的卡爾?薩根宇宙生命研究中心,該中心位於加利福尼亞州的芒廷維尤(又稱山景城)。與常常需要租用其他天文觀測設備的研究者不同,這一領域的科學家已經有了專門為此建造的設備,例如剛投入使用的艾倫望遠鏡陣(Allen Telescope Array,ATA)。但由於缺乏資金,原定 350面天線的 ATA目前只建了 42面。天文學家現在收集到的數據,還不足以為“宇宙中智慧生命的存在與否”給出明確的答覆。

  “雖然我們 50年來‘一直在幹這個’,但佔用的望遠鏡觀測時間並不是非常多,”SETI研究所 SETI研究中心主任吉爾?塔爾特(Jill Tarter)說,“我們只能這樣講,不是銀河系裡所有的恆星系統都擁有能發出無線電波的文明。”美國卡內基科學研究所的理論天體物理學家艾倫?P?博斯(Alan P. Boss)對此表示認同。“迄今仍未發現 SETI信號,這只能說明,想向我們發送廣播的地外文明的數量,還沒有多到能夠讓規模有限的 SETI搜索找到一個信號的地步,”博斯說,“不過銀河系中還有很多地方未被搜尋過。”鳳凰計劃(Project Phoenix)是迄今搜尋範圍最廣的項目之一,它使用了世界上最大的一些射電望遠鏡,在較寬的波段內搜索了近距恆星。在 9年中,鳳凰計劃觀測了大約 800顆恆星,還不足銀河系恆星數的一億分之一。

  即便對於那些已經被掃瞄過的恆星,搜尋文明信號所涉及的參數也多得令人崩潰。就像地球上的無線電廣播一樣,這些參數包括頻率(發送廣播的是哪個電台)、時間(全年無休還是午夜關機)、調製類型(調幅還是調頻)等等。“SETI搜尋至少要考慮 9個獨立參數,”塔爾特說,“即使我們能夠猜對所要尋找的信號是什麼,建造的觀測設備在其中 8個參數的設置上也蒙對了,我們仍會因為搞錯了第 9個參數而與信號失之交臂。”

  證實其他恆星周圍普遍存在行星系統,已經為 SETI和宇宙中普遍存在生命的觀點提供了支持。在已知的 400多顆系外行星中,大多數都是滾燙的巨行星,不適宜我們所知的生命生存。美國航空航天局的開普勒空間望遠鏡正在監視超過 10萬顆恆星,尋找它們周圍的行星。未來幾年之內,它會明確告訴我們,類地行星(Earth-like planet)究竟有多麼普遍。

  然而,即便是在類地行星上,掌握了無線電廣播技術的生命也不一定常見。許多科學家認為,尋找較為簡單的生命形式更有希望,例如微生物或者黏菌(slime mold)。博斯說,這類生命應該很普遍,但我們至少 20年之內還開發不出能夠探測到它們的技術。

  但是,如果有人真的接收到了來自地外文明的信號,那會怎麼樣呢? SETI領域對此已經有了預案,例如請世界各地的天文台確認信號,但世界各國政府還沒有做好準備。目前還沒有一個聯合國框架來指導有可能引發爭議的後續步驟——如果我們收到了一個來自具有潛在敵意的鄰居的呼叫,我們敢回應嗎?

  對德雷克而言,這並不是前所未有的全新體驗,他在研究生時就一度認為自己探測到了一個信號。他說,“如果你認為這件事已經發生了,你會感覺到一種非常特殊的情緒,因為你意識到所有的事情都將發生改變。”他指出,人類可能很快就會對其他行星、物種和文化獲得新的認識。“這種情感你必須理解了才能體會,而我已經感覺到了”。

  10.核戰爭

  一場地區戰爭可能會給全球帶來噩夢。

  冷戰的結束以及美國和俄羅斯之間正在進行的軍備控制措施,已經極大地降低了全球核毀滅的威脅。然而,局部地區持續的緊張局勢,使得地區性核戰爭仍有可能一觸即發。

  僅僅一次核爆炸,就能以多種方式導致可怕的傷亡。廣島原子彈(1.5萬噸TNT當量)爆炸產生的衝擊波造成了超音速狂風,吹垮了爆炸點下方的混凝土建築;爆炸產生的熱量將方圓 1千米內的所有人燒焦。數千米外,暫時倖存的人們最終也逐漸死於嚴重的輻射損傷和癌症。

  不過,這樣的核爆炸不會帶來全球影響,除非數十枚核武器接連爆炸(巴基斯坦和印度之間如果發生核戰爭,就可能出現這種情況)。在模擬核爆炸效果時,科學家假設印巴動用了它們的全部核武庫,這就相當於爆炸了大約 100顆廣島原子彈(參見《環球科學》2010年第 2期《核冬天一觸即發》一文)。

  模擬結果顯示,除了 2 000萬人會直接死於核戰爭外,許多戰區外的人也會逐漸死去。這是因為核爆衝擊波會將多達500萬噸煙塵拋入到上層大氣。在大氣運動的驅動下,這些煙塵微粒會在大約一個星期之內繞地球一周,兩個月內覆蓋整個地球。暗淡的天空會阻擋植物光合作用所需的陽光,並擾亂食物鏈長達 10年之久。由此造成的饑荒會使現在就已經食不果腹的 10億人死亡。

  雖然結果很悲慘,但前景並非一片黑暗——人類有能力,也有責任,讓能夠改變世界的這一幕永遠不會發生。

  11.小行星撞擊

  生物滅絕級的事件不太可能發生,但“空中爆炸”可以夷平一座城市。

  今年6月13日,一顆被命名為2007 XB10的小行星與地球“擦肩而過”。這個小行星直徑1.1千米,足以造成全球規模的大災難。幸運的是,跟其他近地小天體一樣,它到地球的距離相當遠,有1 060萬千米,相當於地月距離(約 38.4萬千米)的 27.6倍。事實上,還沒有巨型小行星似乎會在短期內改寫地球的歷史。但壞消息是,在未來 200年裡,或許會有一顆小型太空岩石在大氣中爆炸,威力足夠摧毀一座小型城市。

  近地小天體(near-Earth object,NEO)是到地球的最短距離小於 1.95億千米的小行星或者彗星。2009年,NASA觀測到 90個闖入 5倍地月距離以內的天體,其中 21個進入 1倍地月距離。近地小天體“獵手”通常會尋找它們在照片留下的“斑點”,如此短暫的觀測很難計算出它們的軌道。因此科學家只能先估算出它們可能撞擊地球的概率,然後等待更多觀測數據。NASA已經發現了 940個直徑不小於 1千米的近地小天體(約佔這一大小近地小天體估計總數的 85%),所幸它們都不會和地球相撞。(造成恐龍滅絕的近地小天體直徑約 10千米。)

  根據美國國家研究委員會(NRC)今年公佈的報告,一些較小的岩石反而能帶來更大的威脅。直徑不小於 140米的小行星和彗星數量有 10萬左右,它們不會帶來世界末日,但即便是其中最小的一個撞上地球,撞擊能量也可達 3億噸 TNT當量。平均而言,這種規模的撞擊事件發生的頻率(直徑 140米的天體每 3萬年撞一次地球),要比千米級小行星撞擊(每70萬年一次)大得多。

  考慮到潛在的危險,美國國會於2005年下令,要 NASA在 2020年前發現這些近地小天體中的90%。但是 NRC發現,預算短缺使得科學家無法在截止日期前完成這個目標。無論如何,從風險的角度來看,科學家還要考慮更小的天體,因為最有可能撞擊地球的是直徑 30~ 50米的“城市殺手”,也就是那些會在大氣中爆炸的火流星。最著名的一次毀滅性“空中爆炸”發生在 1908年西伯利亞通古斯上空,它將超過 2 000平方千米的區域夷為平地。美國亞利桑那州著名的巴林格隕石坑也是這種大小的一顆隕星造成的。

  現在,有關空爆的最詳盡信息掌握在美國國防部、能源部以及《全面禁止核試驗條約》監測站手中。NRC已經提出要求進一步共享這些保密數據。據他們估計,25米級火流星的空爆每 200年會發生一次。大部分爆炸會發生在海洋上空,對生命的直接威脅較小,但有可能引發海嘯。NRC專門小組成員、美國桑迪亞國家實驗室的馬克?博斯勞(Mark Boslough)介紹說,平均每年都會發生一次 4米級天體的爆炸事件。

  如果發現了會危及人類生命的近地小天體,該怎麼辦? NRC專門小組成員、美國馬裡蘭大學的邁克爾?F?埃亨(Michael F. A'Hearn)說,切實可行的解決方案還不成熟。對於還有數年或者數十年時間才會威脅地球的中等大小天體,運動撞擊最為有效。辦法之一就是,讓一個或者多個航天器去撞擊天體來改變它的軌道。如果預警時間只有幾個月到幾年,對於直徑超過 500米的天體,核爆炸是解決問題的唯一辦法。

  阿赫恩認為,對於預警時間較短的“城市殺手”級近地小天體,唯一選擇或許就只有疏散了。幸運的是,做到這點很容易。更加值得慶幸的是,似乎沒有什麼東西會撞上我們——至少目前看來是這樣。

  12.致命病毒大流行

  雖然H1N1不屬於高致死性流感病毒,但流感病毒仍有可能吞噬上百萬生命,嚴重破壞世界經濟。

  2009年的 H1N1病毒流行並沒有人們最初想像的那樣恐怖,但它將一個嚴酷事實擺在我們面前:在對付致命病原體時,我們依舊措手不及。自 1918年流感大暴發之後,儘管醫學已經取得了長足進步,但新的高傳染性疾病依然能奪取無數生命,顛覆全球社會、經濟、政治和法制結構。

  美國喬治敦大學國際衛生法(global health law)教授勞倫斯?O?戈斯坦(Lawrence O. Gostin)說,流感病毒也好,其他病毒也罷,新出現的毒性菌株有可能令上百萬人死於非命,哪怕他們正值壯年。此外,很多國家可能會因此關閉邊境,這一舉措可能會導致針對個人的歧視和政府之間的彼此抱怨。戈斯坦說,國際貿易和商業可能會一蹶不振,這會帶來“巨大的金融後果”。他預計,全球 GDP將下降 3%~5%(總共損失 1.8萬億 ~3萬億美元)。戈斯坦指出,隨著一種疾病在季節更替時一波接一波暴發,社會動盪和傳染病的這種循環可以持續“好多年”。

  在某一致命威脅剛剛開始浮出水面的情況下,政策制定者和有關部門可能不得不根據不夠準確或不夠完善的信息作出艱難的抉擇。在政府試圖消除這一威脅的過程中,一些基本人權可能都會面臨挑戰。

  如果這種傳染病災禍是人為的,社會騷亂很可能會更加嚴重。戈斯坦評論說:

  “患病和致死率帶來的負擔可能都算是輕的。一旦傳染病因人為因素而起,人們的恐慌才是最糟糕的。它會給社會和經濟帶來非常沉重的破壞性打擊——遠甚於自然災害。”




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