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数位前沿科学家与科普作家为我们打开未来世界图景

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发表于 2013-2-19 15:34:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
  150年后,人类预计会在科学领域取得哪些里程碑式的成就呢?汽车能飞了吗?我们还在使用计算机吗?我们能操控自己的基因吗?我们能最终阻止气候变化吗?人类之外,动物们的命运又会如何呢?……这不是科幻,也不是预言,而是一场宏大的“思想穿越”实验,你将在数位前沿科学家与科普作家的带领下,“穿越”到几十,甚至一百多年后的世界……
  计算机超越人类?
  今天的技术先知对未来计算机的看法。
  预测明年(或下周)的iPad会是什么样就已经够难了,要想知道150年后计算机大概长什么样几乎是不可能的,150年对技术发展而言如永恒般漫长。不过,技术先知、计算机先驱和研究人员在有关未来的问题上向来以大胆奔放著称,就让我们问问他们最根本的问题:在遥远的将来还会有计算机存在吗?
  丹尼·希利斯(Danny Hillis)是庞大的超级并行计算机“连接机”(Connection Machine)的发明人,他说:“我们还会有计算机,但它们也许不再由电子器件构成。这些计算机将更紧密地与我们的意识相连,比今天我们通过屏幕和键盘所形成的联系更为紧密。其中一部分可能直接植入我们的身体,届时人和计算机的分界线可能会变得模糊起来。”
     内森·米尔沃尔德(Nathan Myhrvold)是微软公司前首席技术官,他对这个问题同样持肯定态度,“是的,150年后仍会有计算机,但它们将面目全非。如果你去问爱迪生或是特斯拉今天会不会有电机,他们多半也会回答是,他们猜对了,我们身边每样机械里都有上百个微型电机,偶尔你还会碰到一个能从外形上识别出来的大电机,但绝大多数都已‘溶解’在我们生活之中。150年后的计算机也将如此,个别情况下我们会看到与今天的计算机相似的机器,但大多数计算机都将隐身于我们周遭的事物之中。”
  “到那时候,计算机的威力将更为巨大,它们将比人类更聪明,如若不然我才真感到吃惊。这会让某些人很不舒服,这些人认为我们理当是这个世界上最聪明的东西。曾几何时,这类人也自信人类的力量是最强大的,但如今在机器面前人类简直不堪一击,我们坦然接受了这一点。今天的计算机在某些狭窄的领域中已经比人要优秀,这些领域会慢慢拓宽,直到计算机全面超越人类。”
  迈克尔·弗里德曼(Michael Freedman)是微软公司Q工作站(Station Q)的研究人员,Q工作站专注于研究拓扑量子计算(topological quantum computing),弗里德曼则认为,“植入器件不会那么普遍,未来的人体改造会与现在差不多,更注重美丽与外形,而不是计算能力。但是计算器件会变得更小,而且能直接与我们的大脑相连。通过与大脑语言中心的应答,特殊的眼镜或头上的帽子也许能帮助我们了解一门外语。”
  不过,所有这些预言或许都有一个问题,那就是违背了计算不可化归性(computational irreducibility)原则,而该原则从认识论上阻碍着我们认识未来。按照史蒂芬·沃尔弗拉姆(Stephen Wolfram,著名数学软件Mathematica的发明者)在他的《一种新科学》(A New Kind of Knowledge)一书中的说法,一个系统被称作计算不可化归的,是指该系统“在实效上,无法通过比该系统自身演化更少的计算步数,来预测该系统未来的行为。”换句话说,“没有捷径,你得把所有杯子都翻开,才能知道哪些下面藏了乒乓球。”
  通向未来计算机的技术之路似乎就构成了一个不可化归系统,它将集万众于一体,其中包括无数人类的判断、技术创新、市场驱动和消费者的选择,看上去没有任何方法能预先知晓,这些力量和判断将会以何种方式在相互应答之间塑造出技术的未来。这意味着我们无法知道未来的计算机究竟样貌如何,而只能静待150年的时光流逝,让后人一探究竟。(撰文 埃德·里吉斯 翻译 庞 玮)
  作者简介:埃德·里吉斯(Ed Regis)是美国科普作家,名下有8本著作。
  汽车飞起来?
  飞行车实现大规模生产上市的唯一途径是使其能够自动飞行。
  1956年,随着飞行车Aerocar取得了美国民用航空管理局颁发的适航证书,这类飞行车似乎即将进入千家万户,成为居住在大城市郊区的中产阶级家庭的必备交通工具。然而事实却并非如此。由于价格太高而不适于大规模生产,Aerocar国际公司只生产了6辆这样的飞行车。飞行车大行其道的愿景变成了泡影。
  不过,如今,飞行车又强势回归了,有两种型号的飞行车已经完成了至少一次飞行测试。其中,美国Terrafugia公司设计制造的“Transition”飞行车,是一部轻型运动航空器,具有可折叠机翼,可乘坐两人并有相应的行李舱。要想起飞,首先你要把它开到一座机场里(它需要普通的跑道来起飞)。另一种飞行车是荷兰PAL-V欧洲公司设计制造的个人空地两用车PAL-V(personal air and land vehicle)一号飞行车,起飞距离只有650英尺多(约200米)。这种飞行车看起来就像是三轮车与直升飞机的“杂交”产物:飞行的推进力来自安装于尾部的螺旋桨,顶部还有一个能够自由转动的旋翼来产生升力。这两种飞行车的巡航速度均不超过100节(约185千米/小时),满油航程都还不错。
  不过,这两种型号都无法满足大规模生产上市的要求。就算生产商能将目前约30万美元的预期售价降低,它们的市场仍然很有限,而究其原因,恰恰是由于未来愿景中,大量个人飞行器在天空和道路之间穿梭往来的画面——目前,仅仅是协调引导数千架飞机的起降,各个机场已经忙成一团了。如果到时每辆汽车都能飞了,天空中只能是乱成一锅粥。
  所以,为了实现飞机走进千家万户的交通革命,我们必须放弃对操控的渴望,让飞机带着我们自动飞向目的地。个人用或商用飞行器将必须类似无人驾驶飞行器。
  今天的无人机智能化程度已经相当高了,它们不仅能够飞到为它们预先设定的地点,并且,一些研究还将赋予它们拟人化的推理分析能力,以在紧急情况下自主做出反应。然而,研制出一种能够投入市场的、经济便捷的载人无人驾驶飞机,仍面临着许多技术挑战。例如,必须建立起可靠安全的通信网络和稳妥的自动飞行控制系统,以在飞行车的航线上为其提供导航。(撰文 玛丽·康明斯 翻译 王 栋)
  作者简介:玛丽·康明斯(Mary Cummings)是美国麻省理工学院航空航天系人类和自动化实验室主任。
  生物大灭绝就在前方?

  一个世纪后,狮子、老虎、猎豹等大部分猛兽都只会存在于动物园,或者面积极小、可看做“准动物园”的野外环境中了。
  根据国际自然保护联盟提供的数据估计,13%的鸟类,25%的哺乳动物,41%的两栖类动物可能面临灭绝。现在,很多物种的状况,都可以用科学家口中的一个词来形容:“living dead”,即这些物种虽然还未灭绝,但已被判死刑——灭绝不可避免。
  人类正在改变全球的氮循环。过去30年间,因为密集的工业和农业生产,自然循环里的生物活性氮一直在增多,影响到了水资源中的氧含量,威胁到鱼类和植物的生存。同样,碳循环也在发生变化,导致气候变暖和海洋酸化。
  目前,在我们的眼皮底下,一场堪称“海啸”的大灭绝正在悄然发生,剧变即将到来。包括人类在内的所有物种已经适应了10000万年以来比较稳定的气候,而这种气候将无法持续下去。地球上各种各样的生物,适应能力也有着自身的局限。生存在较高地方的物种暂时可以继续向更高的地方搬迁,但最终将无处可搬;生活在岛上的物种更为脆弱,一来因为海平面的上升,二来它们再也无法适应生存环境的变化。
  当全球气温比工业化之前的时代高出1.5℃时——现在看来,这已经是一个无法避免的结局,珊瑚礁将不复存在,而珊瑚生态系统的核心、珊瑚和藻类间的那种相互依存的关系也将崩溃。北美西部的原始森林可能正处于一场剧变的临界点上:暖和的冬天,更长的夏天将有助于树皮甲虫(bark beetle)的生长和繁殖,很多树木将因此死去、干枯,最后整个森林终结于一场森林野火。
  野火、森林被毁、气候变化,这三种因素的协同作用,将会达到一个“引爆点”,危及亚马孙流域南部和东部的热带雨林——比起单独的气候变化,三种因素的协同作用会让这一天更快到来。实际上,在全球平均气温升高0.8~0.9℃的当下,我们已经能感受到那种可怕后果已处于风雨欲来之势。在某个时间点上,原本一体的生态系统将会分崩离析,各个物种将会独自行动,自己去适应气候变化。幸存下来的物种将会形成新的生态系统——这是一个很难提前预料的结果,对人类而言也是一个很难应对的局面。(撰文 托马斯·拉夫乔伊 翻译 褚 波)
  作者简介:托马斯·拉夫乔伊(Thomas Lovejoy)是“生物多样性”(biological diversity)一词的提出者,他一直在唤醒人们保护热带雨林,让人们意识到雨林所受到的威胁。
  自然的末路?
  应对全球变暖问题上的新技术都充满了不确定性。为了说明这个问题是多么复杂,下文设想了一个关于气候变化的未来幻想场景。
  21世纪20年代的机器人技术革命催生了持续的经济繁荣,人口变得比以往任何时候都更集中于富裕的特大型城市,培养缸里生产出的转基因食品已经成为常态。大多数人与大自然之间失去了任何具有实际意义的联系:当你拥有计算机生成的感官模拟,并且配有设计药物,可以带来完美的体验时,谁还会需要真实的东西?
  2047年,美国和欧洲共和国决定支持77国集团的计划,实施太阳地球工程,即在大气层中喷洒颗粒物,使得部分太阳辐射发生偏离,从而降低气温。这项决策具有划时代的意义,被认为是人类和自然的第三次大分离。
  巨大的气球升空,在平流层播撒下硫酸盐微粒,形成了包裹着整个星球的反射薄雾。城市居民开始享受到经济上的巨大好处,例如农业生产力提高、食品价格降低。虽然农业和其他形式的生物生产力上升了,但生物多样性却锐减。
  21世纪末,全球气候委员会开始作出调整,降低极地和赤道的温度差异,从而在温暖气候影响下的地区培育新的经济活动。最终,气候协商变成了细枝末节的小事,环境问题也从头条上撤了下来。因为各国都开始上演智能机器人的暴力叛乱,而且愈发严重。至于最佳气候问题,也就仅限于在几个沉闷的专家委员会里辩一辩了。
  2092年,里约+100环境纪念大会召开了。会址选在亚马孙河流域南部的军事基地。当年,第一批喷洒硫酸盐的太阳辐射管理气球就有部分是从这里升空的。现在,在这个具有象征意义的地方,早已废弃的巨大建筑是周围原始风景上仅存的纪念物,就像雪莱诗篇中的奥西曼提斯(Ozymandias)一样,缓慢倒塌消失,“唯余黄沙莽莽,寂寞荒凉,伸展四方”。(撰文 戴维·W·基思 安迪·帕克 翻译 高瑞雪)
  作者简介:戴维·W·基思(David W.Keith)是哈佛大学的教授,安迪·帕克(Andy Parker)也是哈佛大学的研究人员。二人的研究方向都是关于通过大型工程改变地球气候,应对全球气候变暖的公共政策。
  基因疗法走进现实
  50年后,基因疗法的成功将从根本上改变医学,人类在医疗上的支出将会锐减,很多人都会健康而长寿。
  2063年,你走进一家诊所,护士从你身上取了点儿唾液、血液或胎儿细胞作样品,然后放入一枚微芯片中进行检测。微芯片只有这页纸上的一个字那么大,被装在一部手持设备上。微芯片发出的各色荧光表示,在你的DNA里,存在着一些基因序列,它们会导致、或者影响某些单基因疾病——这样的疾病有1200多种。幸运的是,监管部门已经批准了一种疗法,用来对付所有这些疾病——它就是基因疗法。
  基因疗法的具体机制是,利用一种病毒天生就有的“生物机器”,将健康的基因载入细胞核内,替换掉导致疾病的突变基因。但科学家一直在为应该以何种病毒为载体,才能安全地把治疗性基因转入细胞而争论不休。
  直到未来的一天,我们能够控制人体对病毒载体的免疫反应,才意味着最大的技术障碍已经克服:注射到病人体内的“药物包”不仅能提供替代基因,也能在一定程度上促进人体对癌细胞和病原体感染的免疫反应,还能减弱人体对病毒载体的某些排斥反应。
  然后,基因疗法的大门终于敞开了:由于视网膜是与免疫系统隔开的,因此针对100多种失明症状的基因疗法会首先进入临床;接下来是脊髓损伤、脊髓性肌萎缩,将纷纷被基因疗法所攻克。另外,通过静脉注射,携带着治疗性基因的腺相关病毒可以穿越血脑屏障,阻止帕金森病等脑部疾病的发生,治疗此类疾病再也不用像21世纪初那样,要在头部“打洞”了。
  基因疗法的不断成功,会给这类技术开拓更大的施展空间。到21世纪中期,新的疗法将不止针对罕见的单基因疾病,还可治疗更常见的、与遗传和环境因素都有关的疾病,比如精神疾病、糖尿病以及大部分心脏病。
  到2060年,人类在基因测试(结合遗传干预)、预测未来健康风险上,将达到前所未有的准确度,产生极大的社会意义。当疾病还在萌芽阶段就可以把它们消灭时,人类在医疗上的支出将会锐减,很多人都会健康而长寿。


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