选自Brief Answers for the Big Questions(by Stephen Hawking ) 节选(吉玛译)
2018年1月,由一些从事曼哈顿计划制造出第一种原子武器的物理学家创办的《原子科学家公报》,将世界末日钟调到午夜前两分钟,世界末日钟是对我们这个星球所面临的灾难——军事上或环境上的——临近程度的测量。
末日时钟拥有一段有趣的历史。它始于1947年,那时原子时代才刚刚开始。“曼哈顿计划”的首席科学家罗伯特奥本海默, 在两年前1945年7月第一颗原子弹爆炸后表示,“我们知道这个世界将不一样。一些人笑了,一些人哭了,大多数人都沉默了。我记得印度经文《博伽梵歌》中的一句话:‘现在,我成了死亡,世界的毁灭者。’”
1947年,末日时钟最初设定在午夜前7分钟。除了20世纪50年代初冷战开始时期,现在比那时任何时候都更接近世界末日。当然,末日时钟及其运动完全是象征性的,但我不得不指出,至少在一定程度上是由唐纳德•特朗普当选总统引发的,其他科学家发出的这一令人担忧的警告,必须得到认真对待。末日时钟,以及认为时间在滴答滴答地流逝,甚至对人类来说已时日无多的想法,是现实的还是危言耸听的?它是及时警告还是浪费时间?
我个人对时间非常感兴趣。首先,我的畅销书,被称为《时间简史》,是我在科学界之外为人所知的主要原因。所以有些人可能会认为我是一个时间专家,尽管现在成为专家不一定是件好事。其次,当一个21岁的人,被医生告知只剩下5年的生命了,2018年他就76岁了,从另一个意义上说,我是一个时间专家,一个更私人的时间专家。我不安地,敏锐地意识到时间的流逝,大部分生活中我都有一种感觉,觉得我被赐予的时间,就像他们说的,是借来的。
毫无疑问,我们的世界在政治上比我记忆中的任何时候都更加不稳定。许多人感到在经济和社会两方面都落后了。以至于,他们转向民粹主义者——或者至少是受欢迎的——政治家,他们在政府工作的经验有限,在危机中做出冷静决定的能力还有待检验。因此,这将意味着,随着粗心或恶意力量不断的加大世界末日可能性,世界末日时钟应该更接近临界点。
地球正受到如此多领域的威胁,我很难保持乐观。威胁太大,数量太多。
首先,对我们来说,地球变得太小了。我们的物质资源正以惊人的速度枯竭。我们给我们的星球带来了气候变化灾难性的“礼物”。气温上升、极地冰盖减少、森林砍伐、人口过剩、疾病、战争、饥荒、缺水和动物物种灭绝;这些都是可以解决但至今未解决问题。
全球变暖是我们所有人造成的。我们需要汽车、旅行和更好的生活水平。问题是,当人们意识到所发生的事情时,可能已经太晚了。在我们处于第二个核时代和史无前例的气候变化时期的边缘之际,科学家们用有特殊的责任,那就是再次告知公众,并就人类面临的危险向领导人提出建议。作为科学家,我们了解核武器的危险及其破坏性影响,我们正在了解人类活动和技术如何以可能永远改变地球生命方式来影响气候系统。作为世界公民,我们有责任分享这一知识,并提醒公众我们每天生活在不必要的风险中。我们预知,如果现在各国政府和社会不采取行动,淘汰核武器和防止进一步的气候变化,我们将面临极大的危险。
与此同时,在我们的世界正面临一系列严重的环境危机之际,其中的一些政客正在否认人为造成的气候变化的现实,或者至少否认人类有逆转气候变化的能力。危险在于,如果它还没有变得更糟,全球变暖可能会自我维持。北极和南极冰盖的融化降低了反射回太空的太阳能的比例,从而进一步提高了温度。气候变化可能会杀死亚马逊和其他热带雨林,从而消除了从大气中去除二氧化碳的主要途径之一。海洋温度的上升可能引起大量二氧化碳的释放。这两种现象都会增加温室效应,从而加剧全球变暖。这两种影响都会让我们的气候变得像金星一样:沸腾的硫磺和滚烫的硫酸,温度达到250摄氏度(482华氏度)。人类的生命是不可持续的。我们需要超越1997年通过的国际协定《京都议定书》,现在就削减碳排放。我们有技术。我们需要的只是政治意愿。
我们可能是一群无知、不思苦想的人。在历史上,当我们遭遇类似危机时,通常会去别的地方殖民。哥伦布在1492年发现新大陆时就这样做了。但现在已经没有新世界了。我们的周围没有乌托邦。我们的空间快用完了,唯一能去的地方就是别的世界了。
宇宙是一个充满暴力的地方。恒星吞噬行星,超新星在太空发射致命射线,黑洞相互碰撞,小行星以每秒数百英里的速度呼啸而过。诚然,这些现象并没有使太空听起来很诱人,但这些正是我们应该冒险进入太空而不是停留在原地的原因。我们无法防御小行星的碰撞。上一次与我们发生这样的大碰撞大约是在六千六百万年前,人们认为那次碰撞杀死了恐龙,这种情况还会再次发生。这不是科幻小说;它是由物理定律和概率定律所保证的。
核战争仍然可能是目前对人类最大的威胁。这是一种被我们遗忘的危险。俄罗斯和美国不再那么好战,但假设发生了意外,或者恐怖分子得到了这些国家所拥有的武器。而且,拥有核武器的国家越多,风险就越大。即使在冷战结束后,仍然有足够多的核武器储存,足以杀死我们所有人,而且新的核国家将成倍增加不稳定。随着时间的推移,核威胁可能会减少,但其他威胁会发展,因此我们必须保持警惕。不管怎样,我认为,在未来1000年的某个时刻,一场核对抗或环境灾难将不可避免地会使地球瘫痪核,随着地质时间的推移,这只是一眨眼的功夫。我希望并相信,到那时,我们这个聪明的种族将会找到一种方法,挣脱尘世的羁绊,从而在这场灾难中幸存下来。当然,对于居住在地球上的数百万其他物种来说,这可能是不可能的,而这将成为我们作为一个种族的良知。
我认为我们对我们在地球上的未来漠不关心。目前,我们无处可去,但从长远来看,人类不应该吊死在一棵树上,或在一个星球上。我只是希望在我们学会如何逃离地球之前,我们能避免树倒了。但我们天生就是探险家。好奇心强。这是人类独有的品质。正是这种好奇心驱使探险者去证明地球并不是平的,正是这种本能驱使我们以思维的速度去探索星球,促使我们在现实中去到星球。每当我们实现新的飞跃,例如登月,我们人类得以提升,把人民和国家聚集在一起,带来新的发现和新技术。要离开地球,就需要全球采取一致行动——每个人都应该参与其中。我们需要重新点燃20世纪60年代早期太空旅行的激情。这项技术在我们掌握之中。现在是时候探索其他太阳能系统了。扩散也许是唯一能拯救我们的方法。我相信人类需要离开地球。如果我们留下来,我们就有被消灭的危险。
所以,除了我对太空探索的期望之外,未来会是什么样子,科学会如何帮助我们?《星际迷航》等科幻系列影片展示了未来科学的流行图景。《星际迷航》的制片人甚至说服我加入,这并不困难。那次露面很有趣,但我提到它是为了说明一个严肃的问题。我们所看到的伯特·乔治·威尔斯呈现的所有未来景象几乎都是静态的。它们表明,在大多数情况下,在科学、技术和政治组织方面,社会都远远领先于我们。(最后一个可能并不难。)从现在到未来的这段时间内,肯定发生了巨大的变化,伴随而来的是紧张和不安。但是,当我们看到未来的时候,科学、技术和社会组织应该已经达到了近乎完美的水平。
我对这幅图景表示怀疑,并问我们是否会达到科学技术的最终稳定状态。在一万年左右的时间里或者说自从上一个冰河时代以来的,人类从来没有处于一种知识持续不断和技术固定不变的状态。总是存在一些挫折,就像我们过去所说的罗马帝国灭亡后的黑暗时代。但世界人口,作为衡量我们保护生命和养活自己的技术能力的指标,即使出现了一些像黑死病这样的小问题,但仍已经稳步上升。在过去的200年里,这种增长有时呈指数增长——世界人口从10亿跃升至76亿。近年来衡量技术发展的其他指标是用电量,或者科学文献的数量。它们也呈指数级增长。事实上,我们现在的期望如此之高,以至于有些人觉得被政客和科学家欺骗了,因为我们还没有实现对未来的乌托邦式憧憬。例如,电影《2001:太空漫游》向我们展示了在月球上建立基地,发射载人飞行器,或者应该说是私人飞行器,飞往木星的情景。
没有迹象表明,在不久的将来,科技发展会显著缓慢和停止。当然,不是在《星际迷航》时代,它离我们只有350年的距离。但是,目前的增长率不可能在下一个千年延续下去。到2600年,世界人口将肩并肩站在一起,电力消耗将使地球发出红热的光芒。如果你把正在出版的新书挨个儿堆在一起,以目前的生产速度,你得以每小时90英里的速度移动,才能跟上队伍的末尾。当然,到2600年,新的艺术和科学作品将以电子形式出现,而不是以实体书籍和纸张的形式出现。然而,如果指数继续增长下去,我的理论物理学中,一秒钟会有十篇论文,以至于我没有时间去阅读它们。
显然,目前的指数增长不可能无限期地持续下去。那么将会发生什么呢?一种可能性是,我们将通过核战争等灾难来消灭自己。即使我们不彻底毁灭自己,我们也有可能落入野蛮残暴的状态,就像《终结者》开头的一幕。
在未来一千年,我们将如何发展科学技术?这很难回答。但是,让我冒险来对未来作出预测。对于接下来的一百年里,我将有一些机会给出正确猜测,但是对于接下来的千年里,我将会做出一些疯狂的猜测。我们对科学的现代理解开始于欧洲人在北美定居的同一时期,到19世纪末,我们似乎根据我们现在所知的经典定律对宇宙有一个全面的了解。但是,正如我们所看到的,在20世纪,观测开始显示,能量以一种叫做量子的离散包形式出现,一种叫做量子力学的新理论是由马克斯·普朗克等人提出的。这呈现了一幅完全不同的现实图景,事物没有单一独特的历史,但每一个可能的历史都有它自己的可能性。当我们研究单个粒子时,可能的粒子历史必须包括比光速快的路径,甚至包括时间倒流的路径。然而,这些时光倒流的路径并不像天使在大头针上跳舞。它们有真实的观察结果。甚至我们所认为的真空中也充满了粒子在空间和时间的闭环中运动。也就是说,它们在循环的一侧时间向前移动,在另一侧时间向后移动。令人尴尬的是,因为时空中有无限个空间时间点,所以可能存在无限个粒子闭环。无限量的粒子闭合循环会有无限的能量并将空间和时间旋回到一个点。就连科幻小说也没有想到过这么奇怪的事情。处理这种无限能量需要一些创造性的计算,在过去的20年里,理论物理学的许多工作一直在寻找一种理论,在这种理论中,空间和时间的无限循环完全相互抵消。只有这样,我们才能将量子理论与爱因斯坦的广义相对论统一起来,从而形成一个完整的宇宙基本定律理论。
在下一个千年里,我们将会发现这个完整的理论有什么前景?我会说他们很好,但我是个乐观主义者。1980年我说过,我认为在未来20年里,我们有50%的机会可以发现一个完全统一的理论。从那时起,我们已经在一段时期里取得了一些显著的进步,但最终的理论似乎仍然遥不可及。物理学圣杯是否永远是我们可望不可及的?我认为不是。
在二十世纪初,我们在经典物理学的尺度上理解了自然界的运作,这种尺度可以精确到百分之一毫米。本世纪前三十年的原子物理学工作把我们的理解精确到到百万分之一毫米的长度。从那时起,对核和高能物理的研究把我们带到更小尺度,再小十亿倍的尺度。我们似乎可以不断的在越来越小的尺度上发现结构。然而,这个系列是有极限的,就像是俄罗斯套娃。最终,我们得到了一个最小的娃娃,它再也不能被拆开了。在物理学中,最小的娃娃被称为普朗克长度,它是1毫米除以100000万亿。我们不打算建造粒子加速器来探测那么小的距离。它们必须比太阳系大,而且在目前的金融环境下不太可能获得批准。然而,我们理论的一些结论,可以通过更普通的机器来验证。
尽管我们可以通过研究大爆炸,以获得比我们在地球上所能获得的能量更高、长度更短的观测证据,但在实验室里探测普朗克长度是不可能的。然而,在很大程度上,我们必须依靠数学之美和一致性来找到万物的终极理论。
在《星际迷航》对未来的愿景中,我们达到了一个先进但本质上是静止的水平,基于我们对支配宇宙的基本法则的认识,这种愿景可能会成为现实。但是我不认为我们在使用这些定律的过程中会达到一个稳定的状态。最终的理论不会限制我们所能制造的系统的复杂性,我认为下一个千年最重要的发展将是这种复杂性。
到目前为止,我们拥有的最复杂的系统是我们自己的身体。生命似乎起源于40亿年前覆盖地球的原始海洋。我们不知道这是怎么发生的。可能是原子间的随机碰撞产生了大分子,这些大分子可以自我繁殖,并将自己组装成更复杂的结构。我们所知道的是,35亿年前,高度复杂的分子DNA已经出现。DNA是地球上所有生命的基础。1953年,弗朗西斯克里克和詹姆斯沃森在剑桥的卡文迪什实验室发现了它,它有一个双螺旋结构,就像一个螺旋楼梯。双螺旋的两链由一对像螺旋楼梯上的踏板一样的含氮碱基连接。含氮碱有四种:胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶。不同的含氮碱基沿着螺旋梯排列而成的序列携带着基因信息,这些基因信息使DNA分子能够在其周围聚集一个有机体并进行自我复制。当DNA自我复制时,沿着螺旋的含氮碱基的序列偶尔会出错。在大多数情况下,复制过程中的错误会导致DNA无法自我复制。这种基因错误或他们说的所谓的突变将会消失。但在少数情况下,错误或突变会增加DNA存活和繁殖的机会。因此,氮基序列中的信息含量会逐渐进化并增加复杂性。这种突变的自然选择最早是由另一位剑桥人查尔斯·达尔文在1858年提出的,尽管他当时并不知道其机制。
因为生物进化基本上是在所有遗传可能性的空间中随机游走,它一直非常缓慢。复杂程度,即编码在DNA中的信息位的数量,大致由分子中含氮碱的数量决定。每一点信息位都可以看作是一个“是/否”问题的答案。在最初的20亿年左右,复杂性的增加速度一定是每一百年在序列中增加一个信息位。在过去的几百万年里,DNA复杂性的增长率逐渐上升到每年一个信息位。但现在我们正处于新时代的开端,我们将能够增加我们DNA的复杂性,而不必等待缓慢的生物进化过程。在过去的一万年里,人类的DNA变化相对较小。但是我们很有可能在接下来的1000年里能够完全地重新设计它。当然,许多人会说应该禁止在人类身上进行基因工程。但我相当怀疑他们是否有能力阻止它发生。出于经济上的原因,允许植物和动物的基因工程,而且肯定有人会在人类身上进行试验。除非我们有一个极权主义的世界秩序,否则有人会在某个地方设计出改良人类。
显然,发展改良人类将对未改良的人类造成巨大的社会和政治问题。我不是在鼓吹人类基因工程是一件好事,我只是在说,不管我们是否愿意,它很可能在下一个千年发生。这就是为什么我不相信像《星际迷航》这样的科幻小说,在这些小说中,在未来350年里,人类本质上仍然相同的。我认为,人类及其DNA将迅速增加其复杂性。
在某种程度上,如果它要处理周围日益复杂的世界,并迎接新的如太空旅行这样的挑战,那么人类需要提高它的精神和身体素质。如果生物系统要领先于电子系统,它还需要增加复杂性。目前计算机有速度上的优势,但没有显示出任何智能的迹象。这并不奇怪,因为我们现在的计算机甚至没有蚯蚓的大脑复杂,蚯蚓是一种不以智力著称的物种。但是计算机基本上遵循摩尔定律的一个说法,即它们的速度和复杂度每18个月翻一番。这种指数增长显然不能无限期地持续下去,事实上它已经开始有所迟缓。然而,计算机的复杂性与人脑相似之前,这种快速改进的步伐可能会继续下去。有些人说,不管它变成什么样,计算机永远不能展现真正的智能。但在我看来,如果非常复杂的化学分子能在人体内运作可以使他们变得智能化,那么同样复杂的电子电路也能使计算机以智能化的方式工作。如果他们变智能化,他们可以设计出更加复杂和智能的电脑。
这就是为什么我不相信科幻小说所描绘的先进且稳定的未来。相反,我预计复杂性将迅速增长,无论是在生物领域还是在电子领域。在未来的一百年里,这些都不太可能发生,这是我们能可靠预测的。但到下一个千年末,如果我们做到了,就会发生根本性的变化。
林肯·斯蒂芬斯曾经说过:“我看到了未来,它它行得通。”他实际上是在说苏联,我们现在知道它并不太行得通。尽管如此,我认为当前的世界秩序是有它的未来,但它将是非同寻常的。
这个星球的未来面临的最大威胁是什么?
小行星碰撞将是我们无法防御的威胁。但是上一次这样的小行星碰撞发生在大约六千六百万年前,导致恐龙灭绝。更直接的危险是失控的气候变化。海洋温度的上升会融化冰盖,导致大量二氧化碳的释放。这两种影响都会使我们的气候变得像金星一样,温度达到250摄氏度(482华氏度)。
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