世界的形状:读懂你一知半解的科学知

第二十九章??从基础科学看科技创新 29.1??科技断层 我个人认为，现代科技有这么几个断层。 以尚待验证的“大一统”弦理论为起点，由弦形成基本粒子和基本作用力，粒子通过作用力构成原子，再由原子构成物质，物质形成材料，撑起了诸如材料、化工、机械、电气等制造业。这一大块算是被揉到了一起，我称之为现代科技的**大板块。 **大板块虽然仍有大量空白，但总体上没有明显断层，所以我们可以从电子属性开始，一直讲到计算机原理。但是，人类无法从化学反应开始，一步一步严格推导出细胞活动。 于是，从物质到生命，出现了现代科技的**个断层。 绕过断层，由细胞出发，到组织器官，再到个体生命，就连贯多了，撑起了生物学、医学、营养学、农学等产业（本章笼统称为生物学和医学），构成了现代科技的第二大板块。 第二大板块自成体系，多是宏观经验总结，很少有严密的微观过程。比如，病毒侵入体内，人体就会启动免疫系统，生物学家可以自信满满地把免疫应答过程描述一遍，不过，这些细胞活动一环扣一环的反应方程式，没人能写下来，以至于很多人一直怀疑生物体到底是不是由化学反应驱动的。 下一个断层就更离谱了：从生命到思维。 从一颗受精卵开始，细胞长着长着就出现了思维，大脑有了思维，人就有了人性，事就复杂了。一大堆各怀心思的人混在一起形成群落，产生了心理学、社会学、政治学、经济学、教育学、宗教文化…… 第三大板块统称社会科学，其规律更加依赖宏观实践总结。没有人会从大脑的物理化学反应出发，推导出个人行为，进而再预测出群体行为，*后制定相关政策。也没有人能精确说明，哪些化学反应控制着人的性格和智商，或者，把三岁小孩打一顿，对他未来成长会产生哪些影响。 以物理学那种大包大揽的性格，必然是想打破所有壁垒，统一物理学、生物学、社会学的。其中，量子力学奠基人薛定谔是**个吹响号角的物理学家，其代表作《生命是什么：活细胞的物理学观》的核心思想是：在生命体内运行的所有规律，必须符合基本的物理定律。 可惜，那个年代的生物学、医学，甚至化学，都很落后，看病全靠运气，这导致很多科学家认为生命是独立于物理化学规律之外的一种特殊现象。这个一两百年前的话题，至今仍然甚嚣尘上，只不过争辩双方从科学家换成了普通人。 好在分子生物学总算姗姗来迟，犹如黑暗中的一道闪电，努力打通着三大板块之间的壁垒，试图从分子层面阐明生命现象的本质，迈出了万里长征的**步。 在这里举俩例子：大脑中 5-羟色胺的减少，会使人对悲观情绪特别敏感，表现为焦虑抑郁，5-羟色胺增加后又会使情绪稳定，遇事不慌，妥妥的领导气质；去甲肾上腺素的不足会导致意志薄弱、情绪低落、思维迟钝，俗称懒惰，而充足的去甲肾上腺素可以提高大脑专注度和判断力，让人化身工作狂。 这条路若是能一路走到底，还挺让人期待一万年后人类是个什么模样，不知道是否可以预设智商、情商和性格。 29.2??油尽灯枯的**板块？ 要聊这个话题，还得把时间拉长点儿。 **次工业革命，技术是蒸汽机，理论是热力学。理论和技术几乎不分先后，甚至可以说，热力学理论就是在革命中成长起来的。 第二次工业革命，技术是电气工程，理论是电学磁学。1831年，法拉第发现电磁感应（理论），1866年，西门子发明**台实用发电机（技术）。1865年，麦克斯韦统一电磁学（理论），1895年，马可尼进行首次无线电通信（技术）。理论和技术隔了近 30 年。 第三次工业革命，代表技术是计算机，理论是量子力学。1900 年，普朗克提出量子假说，1956 年，人类**台晶体管计算机问世，中间隔了 50 多年。这个算法稍微有点牵强，毕竟从量子力学到能带理论就折腾了二三十年，不过先不管了，糊涂账就这么算着。 第四次工业革命，没有力挽狂澜的标志性技术，原子能、新材料、航天、纳米、生物、人工智能来“凑数”，这样“组团”闹革命到底算不算革命一直有争议。至于革命理论嘛，还是以量子理论为主，只有生物技术是个例外，生物技术的理论基础显然不是物理学，这中间还隔着断层呢。 如果再算上工业革命前的古代，技术多是机械工程和化工冶金，理论主要是力学和化学，很明显，技术先于理论。 各位，看出点规律没？ 革命先讲到这里，我们算算革命功绩。 **次革命比较彻底，核心是把化学能转化成机械能，这类设备统称热机，除了蒸汽机，还包括后来的汽轮机、燃气轮机、内燃机等各种“机”。闹了 200多年革命，热机总算快蹚到头了，顺带把化学能也榨干了。化学反应的本质是折腾原子的外层电子，到如今，一公斤燃料无论怎么折腾，外层电子蕴含的能量就那么多，很难再大幅度提高。除非你向里面的原子核下手，不过这就成了核能，不属于化学能。 第二次革命原本也熄火了，后来又被第三次革命捎了一程。作为 150 年前的理论，电磁学实在是“榨不出油水”了，全靠后面的新材料、半导体带着跑。眼下，半导体自己也快奔到头了，电磁学只好到站下车。 第三次革命其实内容蛮多的，但核心是材料。材料学说到底还是在压榨量子理论，毕竟榨了一百多年，虽然还有不少潜力，但尽头已是隐约可见。 于是，大家被逼着开辟了量子力学的第二战场，即通过“非材料”的方式压榨量子力学，就是现在所谓的“量子技术”。不过，进展远不如当年“榨”材料那么轻松。 接下来，还有新鲜的物理理论吗？有是有，就是死活“榨不出油水”。 相对论，和量子力学同时代，到今天也只能用在高速场景的校准和天文计算上，完全没有提供新的生产技术，忙活一个世纪打开了不少窗，但还不知道“榨油”的门朝哪边开。 不说相对论这个老“顽固”了，还有别的吗？还有一个，标准粒子模型。 名气不大的标准模型，论起历史地位，绝对不亚于量子力学。更关键的是，“油水”看起来比量子力学还多。你想想，只要能把每个粒子之间的关系都捋顺了，任何由粒子组成的东西（包括人）都将迎来一个全新的时代。 下面，笔者要提个人观点了。 在没有科学思想的古代，技术可以蓬勃发展，但到了**次工业革命，这种“随地捡钱”的好事就越来越少了，再往后，理论和技术的时间间隔越来越长。标准模型从 1954 年杨振宁—米尔斯理论算起，到现在大约 70 年，从以前的革命规律看，似乎酝酿时间还差点火候，没到“榨油”的阶段。 但换个角度看，理论和技术中间可没有干等，还有一连串的小理论。量子力学刚出道时，只是个数学游戏罢了，根本没有油水，一直折腾到能带理论，才发现了半导体这个大油库，带出了计算机，整个过程还算连贯。 反观标准模型，折腾到 20 世纪 70 年代，理论就齐活了，往后 50 年，实验屡有进展，理论却进入了平缓期，换句话说，就是干等。基础理论停滞，很快就会导致紧挨着的**板块动力不足，前两次革命诞生的技术分支陆续开始熄火，带着大家飞的第三次革命也不乐观，半导体奔到 2030 年就差不多把能带理论“榨干”了。 看起来，新旧理论交替之际会出现一个持续时间难以预测的空档，届时**板块的技术大爆炸进入平缓期估计是大概率事件。不过，理想还是要有的，万一标准模型可以“榨油”了，妥妥的惊天地泣鬼神！