科學(xué)必須與時(shí)俱進(jìn)

編譯 陸默

在紀(jì)念《自然》雜志創(chuàng)刊150周年之際，回顧人類(lèi)走過(guò)的歷程，過(guò)去的一個(gè)半世紀(jì)如何塑造和形成了今天的科學(xué)體系？菲利普·鮑爾（Philip Ball）撰文指出，科學(xué)要走向未來(lái)，不能因循守舊，固步自封，而是要開(kāi)拓新的視界，達(dá)到新的境界……科學(xué)必須與時(shí)俱進(jìn)。

1866年，《自然》雜志創(chuàng)刊的三年之前，一條橫跨大西洋的電報(bào)電纜在英國(guó)和北美之間建立了世界上最早的光速通信系統(tǒng)。這一成就為威廉·湯姆遜（William Thomson ，之后的開(kāi)爾文勛爵）贏得了爵士頭銜，建立跨洋電報(bào)電纜的建議就是他提出的。事實(shí)上早在1858年湯姆遜就曾提出了這一建議，但最后遭遇挫折。

19世紀(jì)70年代初，英國(guó)劍橋大學(xué)成立了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，旨在為國(guó)家未來(lái)的工程師提供良好的物理學(xué)研究基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室的第一任負(fù)責(zé)人是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell），麥克斯韋在19世紀(jì)60年代中期提出的電磁理論促進(jìn)了1887年無(wú)線電波的發(fā)現(xiàn)，由此誕生了比電報(bào)更先進(jìn)的“無(wú)線電”通信技術(shù)。

在這樣的背景下，西方世界，特別是創(chuàng)辦《自然》雜志的英國(guó)開(kāi)始對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)研究投入了極大的關(guān)注，認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)科學(xué)是給社會(huì)帶來(lái)巨大變革的工業(yè)創(chuàng)新的引擎。創(chuàng)刊于英國(guó)倫敦的《自然》雜志，從大英帝國(guó)的視角，記錄了世界科學(xué)進(jìn)步的歷程，并向《自然》雜志的目標(biāo)受眾展示了研究型實(shí)驗(yàn)室以及科學(xué)體系體制化和機(jī)構(gòu)化的種種益處，這些都是毋庸置疑的。

慶祝《自然》雜志創(chuàng)刊150年之際的反思

80年后，這一模式激發(fā)了范尼瓦爾·布什（Vannevar Bush ），他于1945年給美國(guó)總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福遞上了一份具有歷史意義的報(bào)告《科學(xué)——無(wú)止境的前沿》（Science — The Endless Frontier）。該文提出政府應(yīng)支持基礎(chǔ)科學(xué)研究以促進(jìn)國(guó)家安全、公共衛(wèi)生和民生福利，并促進(jìn)了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的成立。報(bào)告樂(lè)觀地展示了未來(lái)的科學(xué)發(fā)展愿景，呼吁展開(kāi)為國(guó)家和人類(lèi)利益服務(wù)的、出于好奇心和自由發(fā)展的科學(xué)研究和探索。

科學(xué)——無(wú)論是麥克斯韋電磁理論、曼哈頓工程，還是人類(lèi)基因組計(jì)劃——對(duì)社會(huì)變革都產(chǎn)生了巨大的影響，并導(dǎo)致科學(xué)技術(shù)的發(fā)展獲得了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。這難道不是取得科學(xué)進(jìn)步的方式嗎？這難道不是一件大好事嗎？

這個(gè)問(wèn)題也引發(fā)了我們所熟悉的兩種極端意見(jiàn)的爭(zhēng)論。一些評(píng)論家質(zhì)疑不受約束的科學(xué)發(fā)展，直指氣候變化、環(huán)境掠奪、核武器和抗生素耐藥性問(wèn)題，以及人工智能和機(jī)器人、信息技術(shù)和基因工程互相矛盾的影響力。另一些人則指向現(xiàn)代科學(xué)時(shí)代的生活質(zhì)量指標(biāo)，比如人均壽命的穩(wěn)步增長(zhǎng)和嬰兒死亡率的顯著下降，即使在地理分布和時(shí)間上并不均衡，現(xiàn)代科學(xué)迅速發(fā)展與《自然》雜志問(wèn)世并延續(xù)的時(shí)間跨度基本上是一致的。

但這些觀點(diǎn)和例子都沒(méi)有抓住要點(diǎn)。當(dāng)今科學(xué)面臨的一些關(guān)鍵問(wèn)題是，鑒于我們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)，科學(xué)的方法、實(shí)踐和思潮是否匹配我們的目的？自麥克斯韋時(shí)代以來(lái)，這些方法、實(shí)踐和思潮，幾乎沒(méi)有什么真正的改變?？茖W(xué)能否繼續(xù)履行其社會(huì)契約，是否能夠沿著同樣的道路走向未來(lái)并達(dá)到新的境界？還有，我們是否需要改變以及需要做出什么樣的改變？

《自然》雜志問(wèn)世三年前，橫跨大西洋電報(bào)電纜的鋪設(shè)建立了英國(guó)和北美之間的光速通信

向外看：認(rèn)識(shí)宇宙和人類(lèi)在宇宙中的位置

讓我們思考一下我們當(dāng)前的著眼點(diǎn)。過(guò)去一個(gè)世紀(jì)左右的時(shí)間里，我們傾向于將研究前沿放在極大和極小的尺度上。如今可能還要加上一種新的傾向，著眼于非常復(fù)雜的東西，在人類(lèi)直接經(jīng)驗(yàn)里屬于中間尺度。

現(xiàn)在很明顯的是，兩個(gè)極端尺度的挑戰(zhàn)——基本粒子和宇宙學(xué)——是相關(guān)的。正如新罕布什爾州漢諾威達(dá)特茅斯學(xué)院的粒子宇宙學(xué)家馬塞洛·格萊澤（Marcelo Gleiser）所說(shuō)：“隨著人類(lèi)知識(shí)島的擴(kuò)大，知識(shí)的視野也在擴(kuò)大。我們知道得越多，我們就越暴露于無(wú)知之中，我們想要知道答案的問(wèn)題也越多?！?/p>

直到幾十年前，我們才知道暗物質(zhì)比所有可見(jiàn)物質(zhì)重五倍，但是我們?nèi)匀徊恢浪怯墒裁唇M成的，而宇宙中的神秘物質(zhì)被正式被命名為暗物質(zhì)還不到二十年時(shí)間，暗物質(zhì)被公認(rèn)占了宇宙總能量密度的2/3以上，暗能量導(dǎo)致了宇宙膨脹加速。近幾十年里人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了許多重要的宇宙奧秘，但從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這樣感受到，我們對(duì)宇宙的知識(shí)仍然如此匱乏。

如何在最大尺度上填補(bǔ)這些空白，將取決于如何在最小尺度上闡明物理世界，但其前景目前暗淡到足以令人絕望的地步。世界上最大的粒子加速器，瑞士日內(nèi)瓦附近歐洲粒子物理研究所的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，至今還沒(méi)有給出任何超越已知物理知識(shí)的線索。面對(duì)知識(shí)缺乏的嚴(yán)峻事實(shí)，再好的想法也無(wú)濟(jì)于事。與此同時(shí)，一些科學(xué)模型正在迫使人們接受一些新的觀點(diǎn)，比如大爆炸膨脹模型下的多宇宙觀點(diǎn)，在一些批評(píng)家看來(lái)，這些觀點(diǎn)似乎導(dǎo)致一些評(píng)論家摒棄了科學(xué)本身的實(shí)證基礎(chǔ)。

然而，盡管我們對(duì)宇宙的看法越來(lái)越令人困惑，但卻比以往任何時(shí)候都更加充實(shí)和具體。19世紀(jì)60年代時(shí)，人們幾乎都認(rèn)為生命在其他世界是很普遍的存在。威爾斯1897年的小說(shuō)《世界大戰(zhàn)》的描寫(xiě)令人興奮，因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為火星上真的存在生命，這種看法一直持續(xù)了半個(gè)世紀(jì)之久?；鹦潜砻骖伾募竟?jié)性變化被解釋為植被生長(zhǎng)的盛衰循環(huán)，天文學(xué)家喬范尼·夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli）描述的火星上的條紋被一些人認(rèn)為是人造水渠。

但“海盜”號(hào)火星探測(cè)器于1976年揭示的荒涼貧瘠的火星景觀證實(shí)了一種日益強(qiáng)烈的感覺(jué)，之前1969年阿波羅登月活動(dòng)也曾激發(fā)了這種感覺(jué)，物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米（Enrico Fermi）關(guān)于沒(méi)有外星人來(lái)訪的著名質(zhì)疑也反映了這一點(diǎn)：我們是一個(gè)荒涼、沒(méi)有生命宇宙中孤獨(dú)的前哨。不過(guò)，現(xiàn)在已經(jīng)不再這么認(rèn)為了。自從1995年首次發(fā)現(xiàn)圍繞類(lèi)太陽(yáng)恒星運(yùn)行的太陽(yáng)系外行星以來(lái)，已經(jīng)積累了大約4 000次對(duì)這類(lèi)行星的觀測(cè)結(jié)果。

圍繞其他恒星旋轉(zhuǎn)的類(lèi)地行星并不罕見(jiàn)。我們對(duì)其中一些行星的大氣構(gòu)成已經(jīng)有了一些了解。隨著美國(guó)宇航局2018年發(fā)射的“凌星系外行星巡天望遠(yuǎn)鏡”（TESS），以及計(jì)劃于2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，我們將很快知道更多來(lái)自宇宙深處的消息。研究人員對(duì)于自己有生之年在宇宙其他地方發(fā)現(xiàn)生命的可能性持有信心。

所有這一切將給我們帶來(lái)什么？從宇宙的視角來(lái)看問(wèn)題，在某種意義上似乎可以看作是哥白尼式革命的延續(xù)，這種認(rèn)識(shí)將讓人類(lèi)變得更加邊緣化。我們的地球不僅僅是浩瀚宇宙中一個(gè)微不足道的點(diǎn)，我們的宇宙也可能是一個(gè)潛在無(wú)限多元宇宙中一個(gè)微不足道的宇宙。很難想象還有什么比人類(lèi)在宇宙中的降級(jí)更極端。

還有一種截然不同的觀點(diǎn)認(rèn)為，可居住世界在宇宙中很普遍，但卻仍然近乎荒謬地認(rèn)為我們?nèi)祟?lèi)是萬(wàn)物的中心。在膨脹的多元宇宙中，我們的存在是對(duì)自然基本常數(shù)的解釋?zhuān)@些基本常數(shù)在其他宇宙中可能有不同的價(jià)值，但是我們所見(jiàn)到的正是我們生存的必要條件。

如今，“多世界”的解釋比美國(guó)物理學(xué)家休·埃弗雷特（Hugh Everett）在20世紀(jì)50年代提出這一理論時(shí)更受歡迎。埃弗雷特的“多世界理論”不同于多元宇宙的觀點(diǎn)，這一理論使宇宙的數(shù)量倍增，使得“我們”中的每一個(gè)都倍增到無(wú)法測(cè)量的程度。與此同時(shí)，還有美國(guó)理論物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）的“參與宇宙”（participatory universe）觀點(diǎn)和其他一些新的解釋?zhuān)缈死锼雇懈ァじ厮梗–hristopher Fuchs）提出的“量子貝葉斯定理”（QBism）堅(jiān)持認(rèn)為，量子理論需要觀察，而不只是科學(xué)通常提供的抽象和理論框架。

向內(nèi)看：科學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)造性和多樣化的思維模式

換句話說(shuō)，我們還不清楚什么時(shí)候或者是否能把自己排除在科學(xué)框架之外。這對(duì)麥克斯韋來(lái)說(shuō)并不奇怪。他對(duì)物理現(xiàn)實(shí)的概念是建立在一種宗教立場(chǎng)上的，正是這種立場(chǎng)，賦予了人類(lèi)一個(gè)特殊的地位。

說(shuō)到這，不得不提及查爾斯·達(dá)爾文。他關(guān)于自然選擇進(jìn)化的觀點(diǎn)，是于1859年在《物種起源》一書(shū)中提出的，他的觀點(diǎn)引起了極大的沖擊，兩年后，達(dá)爾文《人類(lèi)的由來(lái)》一書(shū)的出版更如一顆重磅炸彈，在當(dāng)時(shí)引發(fā)了極大的轟動(dòng)。他所提出的理論造成的影響，無(wú)法用“在教堂下面放置了一顆重磅炸彈”類(lèi)比，而是開(kāi)啟了一個(gè)影響半世紀(jì)的爭(zhēng)論：這于人類(lèi)究竟意味著什么？而且，這場(chǎng)爭(zhēng)論已經(jīng)不再集中在以哪部經(jīng)典為依據(jù)，而集中在哪種理論最具有決定性的權(quán)威地位。在科學(xué)領(lǐng)域，首先是進(jìn)化論，然后是精神分析，現(xiàn)在是遺傳學(xué)和神經(jīng)科學(xué)，都堅(jiān)持著他們各自的觀點(diǎn)。

詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的六個(gè)主鏡部分

在《自然》雜志創(chuàng)刊100周年的時(shí)候，人們可能會(huì)選擇新出現(xiàn)的學(xué)科理論。但又經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀(jì)后，人們反而更難做出最終的決定。當(dāng)強(qiáng)大的新技術(shù)與快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)集相遇，如全基因組關(guān)聯(lián)研究，揭示了幾乎每一種人類(lèi)行為特征都有明顯的遺傳傾向，不僅如此，健康和疾病亦如此，但是揭示遺傳效應(yīng)發(fā)揮的確切機(jī)制還有很長(zhǎng)路要走。一個(gè)性狀往往涉及許多基因——甚至是數(shù)千個(gè)基因，我們甚至不清楚我們是否在一個(gè)正確的層面上觀察和估量這一切的因果關(guān)系。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平上的發(fā)育和組織功能的新圖景使得復(fù)雜性進(jìn)一步增加。顯然，同一組織中相同的細(xì)胞可以表現(xiàn)出廣泛的基因表達(dá)動(dòng)態(tài)。目前基因組告訴我們關(guān)于某個(gè)有機(jī)體是如何建立和維持自身的信息，并不比一本百科全書(shū)告訴我們的更多。新方法，沒(méi)有找到舊問(wèn)題的最終答案，反而使研究背離科學(xué)發(fā)展初衷，就像通過(guò)基因組學(xué)來(lái)詮釋種族概念那樣，可能只會(huì)使我們對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)變得更加貧乏，更加一無(wú)是處。神經(jīng)科學(xué)，也一樣，受到所收集數(shù)據(jù)的限制。功能磁共振成像仍然只是一個(gè)“揭示表象”的工具，它只能顯示大腦中發(fā)生變化的位置（且分辨率相當(dāng)?shù)停?，而無(wú)法顯示真正發(fā)生了什么。通過(guò)詳盡的數(shù)據(jù)資料，或許還有通過(guò)刺激神經(jīng)元連接和激發(fā)來(lái)解讀大腦想法的設(shè)想，一經(jīng)提出就受到了挑戰(zhàn)，就如命運(yùn)多舛的歐洲人類(lèi)大腦項(xiàng)目那樣。

我們已經(jīng)抵達(dá)了“復(fù)雜性”前沿的某個(gè)階段。如果以往歷史可以作為借鑒的話，我們可以預(yù)想到，不會(huì)因最新尖端技術(shù)的出現(xiàn)而類(lèi)推出我們能揭示這類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)。正如大腦不是電池一樣，它也不是計(jì)算機(jī)，基因組也不是基因序列的數(shù)字排列。更多的數(shù)據(jù)，雖然作為一種資源極其寶貴，但對(duì)于我們產(chǎn)生新理念沒(méi)有幫助。而新的理念才是當(dāng)下最欠缺的。正如英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家和歷史學(xué)家馬修·科布（Matthew Cobb）所寫(xiě)，“半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，我們對(duì)大腦如何工作的總體理解并沒(méi)有理論上的重大創(chuàng)新”。

毫不奇怪，關(guān)于意識(shí)幾乎沒(méi)有得到精確的描述，更不用說(shuō)被理解了。我們?nèi)匀惶幵诟鞣N觀點(diǎn)爭(zhēng)鳴的階段，有人認(rèn)為意識(shí)是一種幻想，也有人認(rèn)為意識(shí)是人所經(jīng)歷事情的真實(shí)反饋。較新的觀點(diǎn)可以追溯到美國(guó)心理學(xué)家威廉·詹姆斯（William James）在《自然》雜志1915年的文章中所提出的理論，他的理論忽略了“現(xiàn)實(shí)和外表之間在傳統(tǒng)上的對(duì)立面”。一些理論指出，神經(jīng)科學(xué)摒棄了自由意志，認(rèn)為“你的大腦先于你做出決定”，例如，通過(guò)大腦掃描可以預(yù)測(cè)大腦將要做決定，也就是說(shuō)大腦決定早于意識(shí)的表現(xiàn)。

在過(guò)去一個(gè)半世紀(jì)科學(xué)發(fā)生變化的模式中，有三種模式顯得尤為突出。首先，科學(xué)不再由獨(dú)自在實(shí)驗(yàn)室工作的研究人員驅(qū)動(dòng)，而是由一個(gè)跨越實(shí)驗(yàn)室、部門(mén)、學(xué)科、機(jī)構(gòu)甚至跨區(qū)域的團(tuán)隊(duì)驅(qū)動(dòng)。第二，如今人們經(jīng)常依賴(lài)于龐大的數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)如此龐大以至于超過(guò)人類(lèi)大腦能保存或解析的程度。第三，人類(lèi)越來(lái)越多地面臨全球影響甚至生存緊迫問(wèn)題，從氣候變暖到對(duì)碳中性經(jīng)濟(jì)的需求，從流行病到飲用水安全。

然而，這些不斷變化的需求并沒(méi)有在激勵(lì)機(jī)制、融資機(jī)制、獎(jiǎng)項(xiàng)頒發(fā)或公眾口碑中反映出來(lái)，系統(tǒng)性的偏見(jiàn)仍然根深蒂固，例如，在婦女和少數(shù)民族人口參與度和職位晉升障礙方面，或在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的人口覆蓋率方面，或來(lái)自其制作者那里的算法偏見(jiàn)方面，都有所反映。甚至科學(xué)發(fā)展的國(guó)際化也受到當(dāng)前政治趨勢(shì)的威脅。生物學(xué)家托馬斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）曾在《自然》雜志中呼吁，“科學(xué)的進(jìn)步”是一段不屈不撓的、勝利向前的征程，但今天看起來(lái)卻已經(jīng)被自我滿(mǎn)足和沾沾自喜所束縛，這是非常危險(xiǎn)的。

現(xiàn)在是意識(shí)到這類(lèi)問(wèn)題不是系統(tǒng)不完善而是系統(tǒng)不完善造成后果的時(shí)候了，將科學(xué)實(shí)踐者引入單一思維模式可能會(huì)阻礙科學(xué)的發(fā)展。認(rèn)為19世紀(jì)高度受限人口結(jié)構(gòu)中形成的傳統(tǒng)、慣例、培訓(xùn)、學(xué)科界限、方法、責(zé)任和社會(huì)契約在今天仍然是最好的且行之有效的科學(xué)研究方式，是一種狂妄自大的心態(tài)，我們必須要承認(rèn)的是，在開(kāi)發(fā)模型、分配優(yōu)先級(jí)、認(rèn)可和獎(jiǎng)勵(lì)成就以及招募參與者的過(guò)程中，都嵌入了一些自以為是的假設(shè)，這些假設(shè)往往在無(wú)形之中影響著我們。

科研領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題提出和解答，權(quán)威的科學(xué)文章，以及被動(dòng)發(fā)出的一致附和的聲音，封閉和獨(dú)立的敘述，看似很有說(shuō)服力的圖表和標(biāo)準(zhǔn)化格式，以及對(duì)影響力最終度量標(biāo)準(zhǔn)的量化，并不是詮釋和傳播當(dāng)今科學(xué)的唯一和最佳的工具。在由誰(shuí)來(lái)做這些事以及如何做這些事方面，我們需要有更寬闊更開(kāi)放的視野。例如，誰(shuí)會(huì)想到，最終將氣候科學(xué)堅(jiān)定地列入公共議程是一個(gè)患有自閉癥的女學(xué)生的直言不諱和莫大勇氣影響的呢？

科學(xué)史告訴我們，一些最棘手的問(wèn)題不是通過(guò)回答這個(gè)問(wèn)題本身來(lái)解決，而是用一些更好的問(wèn)題來(lái)取代。需要通過(guò)這樣的方式來(lái)面對(duì)和解決的一些困擾我們的問(wèn)題包括：生命的定義究竟是什么？什么是意識(shí)？是什么造就了不同的個(gè)體？為什么我們的宇宙似乎因我們的存在而微調(diào)？這一切是如何開(kāi)始的？所有這些問(wèn)題，都需要?jiǎng)?chuàng)造性和多樣化的思維來(lái)獲得更好的答案——因?yàn)槌霈F(xiàn)在地平線上的風(fēng)景很可能不是我們所預(yù)料的。