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为未来的科学打个赌

克隆人、火星殖民地、电磁驱动引擎……这些可能的科学进展,哪些会成为现实?要不,我们试着给它们标个赔率,来赌上一把。
注:本文中,所有的赔率考虑的都是该科学进展在未来10年之内是否能实现,具体的赔率值是由爱尔兰博彩公司Paddy Power计算的。如果赔率是5/1(1赔5)的话,你押进100元并且押中,那么你将会赢得500元。
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非达尔文式进化

长颈鹿的祖先原本是短颈的,但是为了要吃到高树上的叶子,它们经常伸长脖子。不断重复这个动作,时间一长,脖子就变长了,最终它们进化为了现在的长颈鹿。
上面这种进化方式,就是法国生物学家让·巴蒂斯特·拉马克在1801年前后提出的“获得性遗传”,也叫做“拉马克式进化”,认为生物后天出现的性状改变,能遗传给后代。但今天的主流进化理论,是基于后来达尔文提出的自然选择理论。与拉马克所说的不一样,达尔文认为,生物后代出现的变化是由基因的随机突变产生的,跟生物后天的性状改变无关,伸长脖子对后代的脖子没有影响。
但最近,生物学家发现,外界环境和生物的行为有时的确会对遗传产生影响。污染、吸烟、压力和饮食都可能导致我们体内一些基因被表达,或导致其他的一些基因被休眠。其他的生物也有类似的现象。在某些情况下,这种基因表达的改变还能代代相传。比如,当小鼠闻到某种气味时就会连续遭受电击,它会对这种气味非常恐惧,这种恐惧甚至会遗传到它的孙辈。这就是因为环境改变了小鼠的基因表达,并遗传给了后代。这个现象就是表观遗传。
表观遗传似乎就是一种拉马克式进化。那么,与基因遗传相比,表观遗传在生物遗传中究竟起到多大的作用?或者,它是否只是一种短暂的现象,对总体的生物进化没什么作用?表观遗传最终能让拉马克式的理论“咸鱼翻身”吗?这些问题已经是当今生物学领域中重要的待解决问题之一。

针灸的有效性

用针灸来止痛,已在全世界变得流行起来。但是,把针扎进你的皮肤里,真能治疗疼痛?或者,它不过是一贴安慰剂?英国南安普顿大学的健康心理学家费利西蒂·毕晓普很自信:“我愿意打赌,针灸比安慰剂更能止痛。”她还打赌说,在经过精心设计的双盲实验中,针灸的疗法效果比用“假针”治疗的效果要好得多。“假针”指的是一种特别设计的针,能让测试者以为针刺穿了皮肤,但事实上并没有刺穿皮肤。
但目前,人们还没能设计出一个令所有人都挑不出毛病的双盲实验。但不管怎样,针灸似乎离不开安慰剂效应。毕竟,针灸师需要与病人密切交流,这可能就会对病人产生积极的心理安慰作用。针灸师还往往建议病人改变生活方式,以减轻疼痛。毕晓普也承认,你不能忽视这些很明显的安慰剂效应。也许,针灸真的是有效的,但要找到说服所有人的证据,可能很难。

克隆人

我们从一个动物身上提取出细胞核,并把它植入一个已经剔除细胞核的卵子中,这样就能复制出跟原来一模一样的动物,这就是体细胞克隆技术。借助这种克隆办法,在过去的几十年里,我们已经克隆了奶牛、老鼠、鸡以及羊。那么,接下来会是人类吗?
一些人认为,克隆可以“复活”一个走失的孩子,克隆人还能为患有绝症的人提供所需的移植器官。但从道德角度讲,克隆人类显然是一个雷区。除此之外,克隆本身也有很多技术问题。比如,克隆的失败率极高,而且克隆体的健康难以保证。著名的克隆羊多莉,是在277次尝试中唯一获得成功的克隆羊。多莉虽然在刚出生时很正常,但它随后患上了骨关节炎,并于6岁时因肺部疾病而死亡。
不过,多莉的运气可能太差了些,因为之后克隆的几只羊都健康地活到了成年。不管怎样,要涉及到人类的话,克隆会面临更多的技术问题。例如,在灵长类动物中,靠近细胞核的纺锤体蛋白质,对细胞分裂起着至关重要的作用。当卵子的细胞核被去除时,这些蛋白质常常会遭到破坏,从而影响它的分裂。
目前,许多国家已经禁止了以生殖为目的克隆人实验,但以治疗为目的克隆人实验,仍有着很多争议。那么,未来10年内会出现克隆人吗?艾莉森·默多克是英国为数不多的有权研究克隆人类胚胎的科学家,她认为:“作为一名科学家,我不能说完全没有,但我估计可能性接近于零。”

致幻剂获得药品上市许可

越来越多的证据表明,致幻剂有助于治疗应激障碍症、抑郁症等精神类疾病。那么,向需要得到治疗的人提供致幻剂的同时,该如何防止它被人群滥用呢?
这种进退两难的处境,使得科学家在研究诸如MDMA(摇头丸)、裸盖菇素(裸盖菇所含的致幻成分)等致幻物质面临着很大的困难。获取和储存这些药物,需要繁琐的手续、昂贵的授权费、严格的安保措施等等。不过,事情正在朝着更好的一面发展。2016年,英国伦敦帝国学院的研究人员就进行了第一次对裸盖菇素的临床试验,以治疗抑郁症。尽管希望非常渺茫,但在未来的10年内,致幻剂获得药品上市许可,也是有一定可能的。

商用核聚变反应堆

尽管世界各国的可控核聚变研究取得了不少进展,但研究人员在几十年里却一直重复类似这样的话:我们离商用核聚变反应堆仍需要三四十年时间。
在法国南部建造的国际热核聚变实验反应堆(ITER),代表了人类驯服太阳力量的最大希望。这个各国资助的反应堆是一种磁约束聚变反应堆,其原理如下,甜甜圈形状容器内,利用磁场把由氘、氚等原子核及自由电子组成的高温等离子体约束在有限体积内,来促使它们发生核聚变反应。不过,ITER的研究进度已经比原定计划晚了11年,现预计将于2027年正式启动。尽管它的耗资达130亿欧元,但它只是一个示范模型,无法产生足够的电力,也就无法连接到电网上。在10年内,要让核聚变发出的电走进千家万户,似乎是一个很难实现的目标。
除非,ITER的竞争对手能取得更好的结果。位于德国的北部的文德尔施泰因7-X,是一种设计有别于ITER的核聚变反应堆,它的容器形状不像甜甜圈,而像麻花。它耗资达10亿欧元,计划是在2021年实现30分钟的持续运行,但它也只是一个示范模型。
而无数个规模较小的核聚变研究项目的前景,也同样令人怀疑。许多研究人员表示,缺乏资金是导致研究进展缓慢的一个重要原因之一。看来,全球需要大力资助这个项目才行。

火星殖民地

最近,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金针再次发出警告,认为人类在地球上生活的年限仅为100年,人类现在应该尽快开始对其他星球进行殖民。而在不久之前,美国太空探索技术公司(SpaceX)的CEO埃隆·马斯克还宣布了一个在2020年建立火星殖民地的计划,但这个计划可能有点好高骛远。火星是一个残酷无情的环境:寒冷、干燥、荒芜、无氧气、高辐射……登陆火星是一回事,在火星上建立一个永久的人类殖民地是另一回事。一些科学家认为,人类在未来的50年之内将能拥有一个火星殖民地,但即便如此,这也可能是盲目的乐观。所以,不要用你的房产押注到这个进展上。

量子理论并不怪异

量子理论有点类似于赌博的理论:它永远不会告诉你微观世界将要发生什么,只会为你提供事情发生的概率。但作为一个物理基础理论,量子理论似乎有点不太完善。
为了解释量子理论,物理学家们提出了有各种违反直觉的诠释。例如,占主导地位的“哥本哈根诠释”认为,粒子如同具有分身术一样,可以同时处在多个状态,直到我们对其进行观测,它们才会具有一个确定的状态。相比之下,“多世界诠释”认为,粒子始终具有分身术,对粒子测量后,每一个可能的观测结果都会出现。那么,为何我们只会看到一种结果呢?多世界诠释认为,宇宙在观测后会“分裂”出多个平行世界,而每个观测结果都分别位于它自己的世界中。
不过,还存在一种诠释,认为微观世界本来是确定的,但某些因素被我们忽略了,导致了量子理论只能用概率来预测事情的发展。这就像我们无法掌握所有影响气候的因素,所以只能大概预测未来地球气候的变化。物理学家把这些因素称为“隐藏变量”。自从量子理论提出以来,就有一小部分物理学家,包括爱因斯坦,就一直支持这一观点,尽管该观点缺乏证据支持。
那么,究竟有没有隐藏变量呢?物理学家最近做了很多检测实验,但结果都暗示隐藏变量不存在。那么在未来,事情会出现转机吗?

不存在暗物质

暗物质是一种看不见的物质,在宇宙中的含量是普通物质的5倍多。我们之所以认为暗物质是存在的,是因为它可以解释许多引力理论解释不了的现象。例如,如果只存在普通物质的话,那么我们的引力理论就无法解释为什么星系和星系团旋转的速度要比预期的快得多。
然而,经过了几十年的搜寻,我们还是没有搞清楚暗物质是什么。于是,一些科学家就猜测,暗物质也许不存在,而问题其实出在引力理论上。美国天文学家斯泰西·麦高格就是一位暗物质质疑者。在1999年,他就打赌说,如果更加仔细地分析宇宙微波背景辐射的特征属性,那么将会找到很多不符合当前暗物质模型的数据。事实的确如此,但其他的天文学家修改了理论的一些参数设置,使得改进后的暗物质模型又能管用了。
即使是这样,一些天文学家仍大胆地对引力理论进行了修改,这样就能用不包含暗物质的模型去解释宇宙了。例如,一种叫做修正牛顿动力学的理论认为,引力场在相对较弱的情况下,其强度不与距离的平方成反比,而是随着距离的增加衰减得更加平缓。这样,在离星系中心更远的地方,引力强度会比原来所认为的更强,那里的恒星围绕星系中心的旋转的速度就更快。但这些理论很不完善,而且缺乏有说服力的证据支持。目前,大多数天文学家仍相信暗物质是存在的。

联络到外星人

在好莱坞电影里,外星人无处不在:要么来征服地球,要么来拯救我们,要么只是路过而已。但在现实世界里,我们却找不到任何外星人的踪影,也从来没有收到过外星人发给我们的信号。虽然,我们曾在1977年收到一个可疑的信号。那是位于美国俄亥俄州立大学的大耳射电望远镜接收到的一个无线电信号。当时的研究人员还激动地在记录纸上写了个“Wow!”。但在2016年,一些科学家经过分析后认为,这个信号极有可能是一颗彗星而不是外星人产生的(见拓展阅读)。
但参与搜寻地外文明计划(SETI)的美国资深天文学家塞思·肖斯塔克,并没有泄气。现在,SETI的观测实力日益增强。10年之后,科学家们将会完成对100多万个恒星系统的检测。肖斯塔克认为,到那时我们就可能会检测到来自外星人的信号,但是他只愿意拿他的咖啡杯当赌注。
塞尔维亚的SETI研究员米兰·瑟克维克认为,到2030年检测到外星人信号的可能性会小于5%,但只要我们的文明没被核武器、超级疾病或机器人等摧毁,到本世纪末,检测到外星人信号的可能性应该不少于50%。

电磁驱动引擎

2001年,英国工程师罗杰·肖耶发明了一种全新的引擎——射频共振空腔推进器,通常叫做电磁驱动引擎(EmDrive),其原理大致如下:用电力在一个密闭的锥形腔体内产生微波,微波在腔体内来回反射,对腔体内壁产生压力,腔体宽的一端受到的压力大于窄的一端受到的压力,压力差可产生一个微小的推力,使得腔体能朝着一个方向前进。注意的是,电磁驱动引擎只需要电力来产生微波,并不需要推进剂。
肖耶并不回避对他的发明的预测。他自信地说:“如果你问的是2025年电磁驱动引擎商业化的概率是多少,我可以十分肯定地告诉你,这将是100%。”但是,许多科学家却认为,电磁驱动引擎是不可行的,因为它违背了牛顿力学定律。我们知道,火箭是借助它的发动机喷射火焰时产生的反作用力,向前行驶的。在这个过程中,作用力等于反作用力,动量守恒。但电磁驱动引擎什么也不喷,自己就会动,这就违背了牛顿第三运动定律以及动量守恒定律。
即使如此,美国宇航局还是决定在实验室里检测一下。美国宇航局在2016年公布的报告显示,电磁驱动引擎消耗每千瓦功率,就能够产生大约1.2毫牛顿的推力。报告中提出的一个建议是,电磁驱动引擎的推力,可能与量子力学中的隐藏变量有关(见第九页“量子理论并不怪异”)。
但这个报告,其实是用一个未经证实的事情去解释另一个未经证实的事情。美国数学物理学家约翰·贝兹就此很不相信,认为报告中解释电磁驱动引擎工作原理的内容,就是“一本正经地胡说八道”。许多科学家还相信,电磁驱动引擎并不能产生推力,实验测得的可能不过是误差而已。

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