加来道雄:科学将如何彻底改变21世纪?

加来道雄(1947- )是纽约市立大学大学城市学院理论物理的Henry Semat教授。(Henry Semat ,1954年出版第一本「介绍原子与原子核物理」教科书,其办公室在纽约市立大学。获得以他命名的荣誉席位是对物理学家工作的认可)。加来道雄也是弦场论的联合创始人和著名科普学家。他于1972年在加州大学伯克利分校获得博士学位。

 在加来道雄的新书《 Visions: How Science Will Revolutionize the 21st Century》中,他向我们阐述了那些将彻底改变人类未来的当代科学。他首先指出了20世纪科学的三大主题:原子,计算机和基因。这些科学革命最终的目的是完全了解物质,心智(mind)和生命。实现这些目标的进度一直是惊人的,就在过去几年内新增的科学知识已经超出了人类历史上的总和。我们不再以被动的姿态观察自然,并且转身变成了高效的自然指挥官;我们从发现自然规律进步到了当家做主。 

量子研究的革命也催生了另外两个革命。在1925年以前,没有人了解原子;而今天,我们可以全面地描述物质世界。我们的理解建立在三个基本的假定上:1)能量不是连续的,而是发生在被称为「量子」的独立单位中;2)亚原子粒子具有波和粒子的双重特性;3)这些波/粒子的波动遵循薛定谔方程,并决定某件事发生的概率。在标准模型中,我们可以预知从夸克到超新星的属性。人类现在已经理解了物质,甚至也许能够在本世纪之内实现对它们的随意操控。 

计算机革命始于20世纪40年代。当时的技术很原始,但十年内激光技术的成熟将电脑的发展推向了指数增长。今天在指甲盖大小的地方就可以有几千万个晶体管。随着芯片的普及,日常生活将发生很大的变化。过去,我们惊叹于智能;未来,我们可能创造并控制它。 

生物分子革命始于发现DNA双螺旋结构的20世纪50年代。我们意识到人类的遗传代码被写在细胞DNA上。生物分子学的技术让我们可以像读书一样理解生命的代码。随着「人类用户指南」的出现,科学和医学经历了不可逆转的变革。我们将能根据意愿来指导生命,而不是观察它。 

因此,人类正在从观察阶段进入实践理解的阶段。我们就像降落在地球上的外星人,正在观察一盘棋局。仅是了解游戏规就需要很长时间,而知道这些规则也不能即刻变成下棋的大师。我们喜欢掌控感,并且已经明白了物质,头脑和生命,但还不是万物的主人。不久,我们将会是主人。 

真正推动这些革命的是以上这些科学发现的相互关联,它们彼此敦促的方式。量子理论通过晶体管和激光催生了计算机;通过X射线的晶体学和化学键理论催生了生物分子革命。虽然简化论(reductionism)和专业性为这些领域支付了大量红利,但是,每个领域难解的问题已经迫使它们回头联系在一起,呼吁彼此的协同。如今,现在计算机可以破译基因,而对DNA的研究让使用有机分子创造新的计算机体系结构成为可能。加来道雄把这个现象称做「科学的交叉滋养(cross-fertilization)」,它保证了科学前进步伐的不断加快。  

在未来十年,加来道雄预期看到相关科学活动的爆炸式增长,其中包括器官再造和治愈癌症。到了21世纪中期,他预期看到老龄化的减缓,纳米技术的巨大进步,星际旅行与核聚变技术的实现。到本世纪结束时,我们将创造新的生物,并且殖民太空。我们将会看到Kurzweil和Moravec所描述的愿景变成现实—人类将通过再造器官,基因操控,或者与电脑融合来延长寿命。 

所有这些会将我们引入何方?回答方式之一,看看天体物理学家根据利用能源的方式,给假设文明贴上的标签:I型,II型和III型文明。I型文明能控制地面能源,改造天气,开采海洋和地表下的能源。II型文明则掌握了恒星的能量,能够使用太阳驱动机器,探索其他星系。最高等级的III型文明既然已经耗竭自己恒星能量,它使用的是星际能量。能源可以存在于一个星球,恒星,或者星系中,而不同的文明类型对应着不同使用资源的文明能力。 

依据我们控制资源的能力每年约3%的增长率,加来道雄预估人类可以期望在一到两个世纪的时间内成为I型文明,在800年内成为II型文明,在10万年内成为III型文明。不过在此刻,我们是一个使用动植物化石的0型文明。加来道雄预测人类将在22世纪末成为I型文明,并跨出进入太空的第一步。与Kurzweil和Moravec的预期相同,加来道雄相信技术将帮助人类在机器人的身体或虚拟现实里保存自己的大脑,实现长生不老。进化将取代我们,正如我们取代所有在进化斗争中死去的生命才能存活下来一样。当代人们的工作是推进进化。


本文由机器之心编译出品,原文来自ieet,作者John G. Messerly,转载请查看要求,机器之心对于违规侵权者保有法律追诉权。

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