21世紀(jì)100個科學(xué)難題以下科學(xué)攻堅難題實際上幾乎全部集中于哲學(xué)的基本(編輯修改稿)
2024-09-26 18:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 上最聰明的東西的日子已經(jīng)為時不多了。計算機(jī)的速度和復(fù)雜程度將繼續(xù)保持每 18 個月增加一倍的速度直到 2020 年。中國科學(xué)院研究員陳霖和清華大學(xué)人工智能專家趙南元說：到那時，計算機(jī)電路的密度將是現(xiàn)在的1000 倍，一臺鞋盒大小的計算機(jī)將 擁有人腦的處理能力。對此，愛因斯坦之后最偉大的物理學(xué)家斯蒂芬 霍金曾說： “ 目前，計算機(jī)尚未顯示出任何擁有智能的跡象。這并不令人感到驚奇，因為我們目前的計算機(jī)的復(fù)雜程度還比不上蚯蚓的大腦。但是在我看來，如果非常復(fù)雜的化學(xué)分子可以在人體內(nèi)活動并使人類產(chǎn)生智慧的話，那么同樣復(fù)雜的電子電路也可以使計算機(jī)以智能化的方式采取行動。 ” 2020 年之后，利用量子力學(xué)原理制造的芯片在復(fù)雜程度方面將有望取得比目前大得多的飛躍。因為這樣的芯片將不需要目前占據(jù)了硅片上大部分空間的導(dǎo)線，完全復(fù)制人腦 ——— 不僅包括人腦的 1000 億 個神經(jīng)元而且還包括人腦數(shù)以萬億計的突觸或神經(jīng)元之間的連接物 ——— 并不需要很長的時間。人們認(rèn)為這個由密集的連接物組成的迷宮是產(chǎn)生智慧所必需的。 有科學(xué)家相信，到 2050 年，機(jī)器的能力將超過人類。日本高級通信技術(shù)國際研究所硅腦項目負(fù)責(zé)人德加里斯承認(rèn)，他創(chuàng)造的東西可能會把他 “ 像蒼蠅一樣拍死 ” 的想法一直攪得他心緒不寧。而另一些人則認(rèn)為，到 2099 年將只有很少一部分人仍然保留著生物機(jī)體，大多數(shù)人將把自己的思想轉(zhuǎn)換成電子電路，因而獲得永生。 人類將進(jìn)入十維空間 物理學(xué)方面，超弦理論的新突破正逼近物理學(xué)終極理論。 這項理論稱，如果把成百上千的亞原子粒子想象成為十維空間中極其纖細(xì)的琴弦上所發(fā)出的音符，那么，最終將會得到有關(guān)自然的最根本的解釋。不要在意宇宙看起來只是四維空間（包括時間）的表象。據(jù)說其余的 6 個空間的存在，為人類的思維所不及。 中國科學(xué)院理論物理學(xué)家、院士冼鼎昌、朱傳界等認(rèn)為：如果這種認(rèn)識是正確的話，那么，物理學(xué)可能會比任何時候更接近于把難以表述的量子引力理論付諸筆端，這一成就將能把量子力學(xué)與廣義相對論這兩個現(xiàn)代物理學(xué)中迄今無法調(diào)和的支柱統(tǒng)一起來，并且以同樣的說法來解釋自然界所有的作用力。 對一般人來 說，這種超弦理論叫做“超玄”也許更合適些。因為它實在太難理解了。實際上，這些晦澀的知識往往會在出人意料的地方與我們的生活息息相關(guān)。 50 年代發(fā)明的托卡馬克技術(shù)對于大多數(shù)人來說至今還是一個謎團(tuán)，它要解決的是受控核聚變的世紀(jì)難題。如果這項技術(shù)開發(fā)成功，人們將為下個世紀(jì)開發(fā)一種安全而又取之不盡的能源 ——— 聚變能。當(dāng)那一天到來時，所有對煤和石油枯竭的擔(dān)心以及由溫室氣體排放引起的氣候惡化都將成為過去。 預(yù)計演示型的聚變堆和商用聚變堆將分別于 2025 年和 2040 年建成。用中國科學(xué)院政策局局長曹效業(yè)的話來講，技術(shù)已經(jīng)不 再是可控核聚變最大的瓶頸，主要的問題是資金和時間。 謹(jǐn)慎一些的科學(xué)家則指出，無論反應(yīng)堆是否能在幾十年內(nèi)與其他能源相提并論，這項研究都會得到極有價值的“副產(chǎn)品”，諸如把等離子體用于制造更先進(jìn)的計算機(jī)芯片、以及目前惟一有希望進(jìn)行外星系載人航行的等離子飛船等。 幾乎會拿到單個分子什么物質(zhì)都能做出來 物理學(xué)對物質(zhì)的認(rèn)識深入到核子乃至更深的層面并不意味著化學(xué)的重要性讓位，中科院化學(xué)所的前任領(lǐng)導(dǎo)人胡亞東認(rèn)為，化學(xué)正處于高速發(fā)展的最活躍時期。 伴隨著探測手段的進(jìn)步，化學(xué)變化最快的電子轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移過程都已清晰 可見。原子和分子的圖象可以在電視屏幕上實時觀察， DNA 的雙螺旋、三螺旋結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以直接看到。分離手段方面，激光誘導(dǎo)熒光毛細(xì)管電泳具有檢測到數(shù)十個分子的靈敏度，人們已經(jīng)能夠拿到幾乎是單個的分子了。 中國科技大學(xué)的朱清時校長正在從事的選鍵化學(xué)研究，就是要在下個世紀(jì)的某個時候?qū)崿F(xiàn)分子合成的單原子操作。這意味著你需要什么樣的新物質(zhì)，科學(xué)家們都可以為你創(chuàng)造出來。人類有關(guān)能源、材料、資源和環(huán)境問題都可以通過物質(zhì)合成的方式得到解決。 作為這方面的一個突出代表，葉綠素光合作用的機(jī)理有望在下個世紀(jì)內(nèi)得到較為圓滿的解決 。水和二氧化碳怎樣形成碳水化合物的反應(yīng)已經(jīng)基本上搞清楚了，現(xiàn)在的難點在于弄明白太陽能是如何促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移、從而把光能轉(zhuǎn)化為生物能的。這是一個非?？斓哪芰哭D(zhuǎn)移過程，完成在一飛秒即 10 的負(fù) 15 次方秒（千萬億分之一秒）之間。借助飛秒級的分辨光譜，人們至少已經(jīng)找到了一種合用的工具。很多年來，無數(shù)科學(xué)家曾在這個問題上傾注了大量的心血，現(xiàn)在終于是快要解開那關(guān)鍵一環(huán)的時候了。 數(shù)學(xué)仍是科學(xué)之首 一方面，數(shù)學(xué)以完備而嚴(yán)密的邏輯性，成為了統(tǒng)領(lǐng)其他自然科學(xué)的帥才，另一方面，數(shù)學(xué)常常在極其抽象的外表下與自然科學(xué)其他領(lǐng)域發(fā)生直接 的聯(lián)系。因而，楊樂院士等人認(rèn)為，數(shù)學(xué)似乎成了科學(xué)發(fā)展的決定因素。在即將到來的21 世紀(jì)，這種趨勢不會改變。 股市大概是世界上最為變幻莫測的系統(tǒng)，甚至比大氣的擾動還要復(fù)雜多變。在數(shù)值天氣預(yù)報已經(jīng)成為現(xiàn)實的今天，還沒有誰敢說自己擁有了一套準(zhǔn)確預(yù)報股市行情的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)濟(jì)學(xué)的情形也與此類似。那些獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎的，大多具備一個相對準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。正因如此，像“知識經(jīng)濟(jì)”這樣熱門的理論短時期內(nèi)還將與諾貝爾獎無緣，用《創(chuàng)新報告》起草人何傳啟的話來說，有關(guān)它的數(shù)學(xué)模型的建立簡直無從下手。 建不起數(shù)學(xué)模型，也就很 難讓計算機(jī)幫忙。盡管在 20 世紀(jì)，四色定理、費根鮑姆猜測等都在機(jī)器的幫助下得到了解決，但很多問題的解決從形式上看并不完美。當(dāng)數(shù)學(xué)家們捧著幾百頁紙的論證結(jié)果時，他們心里想要的，其實是費馬在他的書頁邊寫下短短幾行證明文字。在他們看來，只有那樣的數(shù)學(xué)才是最優(yōu)美的。正是在這種意義上講，下個世紀(jì)的數(shù)學(xué)發(fā)展，計算機(jī)仍將作為輔助手段，更多的時候，他們將繼續(xù)把數(shù)學(xué)當(dāng)作 “ 人類思維的體操 ” 。 100 年或者 1000 年都是一個極其短暫的時間段，但就生命和科學(xué)而言，在這段時間中是什么事
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