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  • zouhua1210
    2008/08/12
  • 私聊

物理知识

  • 第一篇文章:二十世纪
    《数以十亿》第十八章

    卡尔·萨根
    柯南 译


      为了认识到它的完整性、宇宙之美和上帝的作品的完美,我们必须承认整个宇宙的某种永久的和非常自由的发展……沉睡的部分总是存在于物质深处,它们需要被唤醒。
      戈特弗里德·威廉·莱布尼茨,《万物终极起源》(1697)

      社会从未进步。当它的一边迅速前进的时候,另一边迅速后退。它经历了连续的变化;它是野蛮的,它是文明的,它是基督教化的,它是富有的,它是科学的;但是……赋予我们的每件东西都意味着其他什么东西被带走。
      拉尔夫·沃尔多·爱默生,《自立》,散文第一卷(1841)



      二十世纪将会因为三个主要的创新而被人们记住:挽救、延长和增强生命的空前的方法;毁灭生命的空前的方法——包括第一次把我们整个文明置于危险之中;以及对我们自身和宇宙本质的空前的了解。所有这三个发展都是由科学和双刃剑式的技术推进的。所有这三个都根植于遥远的过去。
     

      挽救、延长和增强生命

      直到大约1万年前人们发明农业和驯养家畜,人类的食物供应仅限于野生的水果、蔬菜和狩猎动物。但是野生食品是如此的稀少,以至于地球只能养活大约不超过1千万人。形成对比的是,到20世纪末,地球上将有60亿人口。那意味着99.9%人类的存在归功于农业技术以及支撑它的科学——动植物的遗传学和行为学、化肥、杀虫剂、防腐剂、犁、联合收割机和其他农业工具;灌溉——还有卡车、铁路、商店和家庭的冷藏技术。农业技术中许多最惊人的进步——包括“绿色革命”——是二十世纪的产物。

      通过建立城乡下水道(卫生设施)、提供清洁的水和其他公共卫生措施,承认微生物致病理论、(发明)抗生素和其他药品,以及(创立)遗传和分子生物学,医学科学极大的促进了全人类——尤其是发达国家——的健康。天花已经在全世界范围被灭绝,地球上疟疾流行地区的面积逐年减少。我童年记忆中的一些疾病,例如百日咳、猩红热和脊髓灰质炎,今天几乎已经绝迹了。二十世纪最重要的发明包括相对廉价的节育方法——在历史上第一次让女性能够安全的控制她们传宗接代的命运,并且正在解放一半人类。这些方法让许多国家危险增长的人口产生显著的下降,而不需要对性活动严加限制。但是我们的技术制造的化学品和辐射也引起了新的疾病,部分导致了癌症。全球香烟的流行导致了大约每年3百万人死亡(这当然是可以预防的)。世界卫生组织预测,到2020年,这一数字将会达到每年1千万人。

      但是技术带给我们的东西远远超过它所带走的。最显著的标志就是:1901年美国和西欧的平均寿命是大约45岁,而今天它接近80岁,女性比男性稍长一点。平均寿命或许是评价生命质量的最有效的单一指标:如果你(在平均寿命之前)死了,可能是因为你过得不好。那就是说,我们人类中的10亿人仍然没有足够的食物,我们的星球上每天有4万名儿童本可以避免死亡。

      借助于收音机、电视机、电唱机、磁带录音机、CD、电话、传真机和计算机网络,技术深深的改变了流行文化的面貌。全球娱乐业、不专注于特定国家的跨国公司、超越国境的亲密群体和直接了解其他文化的政治和宗教观点——技术让人们有可能赞成或反对这些东西的可能。正如我们看到的在……和莫斯科“白宫”发生的被镇压的叛乱,传真、电话和计算机网络可以成为政治剧变的强有力的工具。

      1940年代兴起的面向大众市场的平装书,把世界上最伟大的思想家们的文学和见解带进了普通人的生活。并且尽管平装书的价格今天正在飞涨,仍然有很廉价的书,例如Dover出版社的“一美元一卷”的经典著作。随着文化素养的进步,这样的趋势是符合杰弗逊式的主。另一方面,二十世纪末美国所谓的“文化素养”仅仅意味着对英语的初步了解,而电视特别会让大众远离阅读。为了追求谋利动机,它让自己迎合最低标准节目编排(原则) ,而不是努力教育和鼓舞人们。

      从回形针、橡皮筋、电吹风、圆珠笔、电脑、录音机和复印机、电子混音器、微波炉、吸尘器、洗碗机、洗衣机和甩干机、广泛使用的室内外灯光,到汽车、飞机、机床、水电站、装配线制造业以及巨大的建筑施工设备,我们这个世纪的技术已经消除了单调的工作,创造了更多休闲时间,并且增强了许多人的生命。它也颠覆了曾经在1901年流行的许多常规和惯例。

      不同的国家采取不同的可能挽救生命的技术。例如,美国在所有工业化国家中有最高的婴儿死亡率。在监狱的年轻黑人比在大学的多,并且它的监狱中的公民与全体公民的比率比任何其他工业化国家都更高。与其他国家同年龄的学生相比,美国的学生通常在标准的科学和数学测试中取得的成绩不理想

      富人和穷人之间实际收入的不平等,以及中产阶级的衰落,在过去的15年中发展的越来越迅速。美国用于帮助其他国家人民的钱在每年国民收入中所占的比率,是工业化国家中最小的。高技术产业正在离开美国。在几乎所有方面领导世界半个世纪之后,美国开始出现了一些衰退的迹象。这可以归结为领导阶层品质的原因,但是也可以归结于它的人民越来越不喜爱批判性思维和政治行动。
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  • zouhua1210

    第1楼2008/08/12

    极权主义技术和军事技术

      制造战争的手段、大规模杀戮的手段和毁灭所有人的手段,在20世纪达到了空前的程度。1901年没有军用飞机和导弹。在1901年,最强的火炮能把炮弹发射到数英里远的地方,杀死几个人。当这个世纪经过了2/3之后,人们已经储备大约7千件核武器。其中许多能装上战略导弹,从导弹发射井或者潜艇发射,有能力打到世界的任何地方。并且每一个弹头都足够毁灭一个大城市。今天我们正处于美国和前苏联大规模裁军——包括弹头和运载系统——的阵痛中,但是在可以预见的未来中,我们将有能力毁灭整个人类文明。此外,世界上许多国家拥有可怕而致命的化学和生物武器。在一个狂热、意识形态的必然性和疯狂领导人盛行的世纪,这些空前致命的武器的积累对人类的未来可不是一个好兆头。在20世纪,超过1.5亿人因为各国领导人的直接命令而在战争中死亡。

      我们的技术已经变得如此强大,以至于我们变得不仅能有目的地、也能在无意中大规模改变环境,并且威胁地球上包括我们在内的许多物种。一个简单的事实在于,我们正在对全球环境进行一场空前的实验,并且大致抱着一线希望:问题可以自行解决和消失。蒙特利尔公约和附属的国际协议是一个亮点。签署公约的工业化国家同意淘汰氯氟烃和其他侵蚀臭氧层的化学品。但是在减少大气二氧化碳排放、解决化学和放射性污染等领域的进展正在陷入泥沼。

      种族主义和仇外的种族大屠杀普遍存在于每一个大陆。试图系统化的消灭整个种族的行动已经发生过了——最著名的是在纳粹德国,但是也发生在卢旺达、前南斯拉夫和其他地方。类似的趋势遍及人类的整个历史,但是只是20世纪才有了能让屠杀在如此大的规模上实现的技术。战略轰炸、导弹和长程火炮的“优点”让士兵不必面对面的拚死战斗。他们的良心也不会谴责他们。20世纪末全球军费开支接近每年1万亿美元。想想看,即使是这笔钱的一小部分,也能买多少东西。

      20世纪的特点是君主制和帝制的崩溃,以及至少名义上的民主的兴起——以及许多意识形态的和军事独裁政治的兴起。纳粹有一系列宣布要系统化灭绝的群体:犹太人、男女同性恋、社会主义者、共产党员、残疾人和非洲裔(德国几乎没有)。在好战的“促进生命”的纳粹政体下,女性属于Kinder,Kuche,Kircher——儿童、厨房和教堂 。如果一个虔诚的纳粹党人来到美国这个领导世界的国家,那么他受到侮辱的程度将超过在这个星球上任何其它国家所受到的:在美国,犹太人、同性恋、残疾人和非洲裔拥有拥有完全的法定权利,社会主义者至少在原则上被宽容,妇女进入工作岗位的数量破了纪录。但是美国众议院只有大约11%的议员是女性,而不是——如果实行比例代表制的话——稍微超过50%。(日本相应的数字是2%)

      托马斯·杰弗逊教导说,除非人们得到教育,否则就没法实行民主。杰弗逊还教导说,不论宪法和习惯法中保护人民的条款多么严密,总是存在一种诱惑,让有权势者、富人和肆无忌惮者破坏民有民享政府的理想。解决方法是全力支持非主流观点的表达、提高大众文化程度、独立的辩论、普遍熟悉批判性思维和对当权者的主张的怀疑主义——这种怀疑主义对科学方法也至关重要。

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  • zouhua1210

    第2楼2008/08/12

    科学的启示

      科学的每一个分支都在20世纪取得了惊人的进步。物理学的根本基础被狭义和广义相对论以及量子力学彻底革命。正是在这个世纪,人们第一次理解了原子的本质:质子和中子组成了原子核,电子形成外围的电子云。这个世纪人们第一次观察到了组成质子和中子的夸克,在高能加速器和宇宙射线的帮助下,许多奇异的短寿命的基本粒子露出了面目。核裂变和聚变让相应的核武器、裂变核电站(并非完全是好事)和聚变核电站的前景成为可能。对放射性衰变的了解让我们得到了地球年龄(大约46亿年)和我们星球上生命起源时间(大约在40亿年前)的权威数据。

      在地球物理学方面提出了板块构造学说——地球表面以下有一系列运送大陆从生到死的传送带,大约以每年一英寸的速率移动。板块构造学说对理解陆地和海底地形的本质和历史至关重要。行星地质学的新领域已经出现了:地形和地球内部结构可以与其他行星和卫星作比较,并且来自其他星球的岩石的化学成分——通过遥测、由太空船返回的样本或者现在被确认为来自其它星球的陨石——可以与地球上的岩石进行比较。地震学测量了地球内部深处的结构,并且发现在地壳之下有一层半流体的地幔,一个液态的铁核,以及一个固态的中心核——如果我们希望了解我们星球的起源,那么我们就要解释所有这一切。巨大的地幔柱涌出地表,在曾经的固体地表上产生了岩浆之海,这可以解释历史上一些生命的大灭绝。其他一些大灭绝是因为大彗星的碰撞,或者近地小行星在大气层中燃烧改变了气候。在下一个世纪,我们至少应该对彗星和小行星登记造册,察看我们是否知道它们全部。

      发现脱氧核糖核酸(DNA)的本质和功能是称赞20世纪科学的一个理由。DNA是负责人类和其他绝大多数动植物遗传的关键分子。我们已经学会阅读遗传密码,并且我们已经测出了越来越多生物的全部基因序列,知道了绝大多数基因负责生物的什么功能。遗传学家这正在测绘人类基因组的道路上顺利前进——这项计划的完成为善良和邪恶都提供了巨大的可能性。DNA的故事最重要的一面是,生命的基本过程似乎完全可以用物理和化学解释。这其中不牵扯到什么“生命力”、“精神”和“灵魂”。同样,在神经生理学中,我们暂时可以把心智理解为大脑中百万亿神经连接、加上少许简单的化学物质的表达。

      分子生物学现在能让我们逐基因地、逐基本组成分子地比较任何两个物种,发现物种之间的相似程度。这些实验最终展示了地球上所有生物巨大的相似性,并且确认了此前由进化生物学发现的物种之间一般的亲缘关系。例如,人类和黑猩猩99.6%的活跃基因相同,这确认了黑猩猩是我们的近亲,并且我们和黑猩猩拥有同一个晚近的祖先。

      在20世纪,野外研究者第一次和其他灵长类一起生活,仔细地观察了它们在自然栖息地的行为,发现了它们的同情心、远见、伦理、狩猎、游击战、政治、工具的使用和制造、音乐、早期的民族主义和一系列其他原本认为只属于人类的品质。关于黑猩猩语言能力的争论仍在继续。但是亚特兰大一只叫做Kanzi的倭黑猩猩(矮小的黑猩猩)可以轻松使用几百个字的符号语言,并且能自学制造石头工具。

      最近化学上许多惊人的进步和生物学有关,但是请让我提到一个更具重要性的进步:我们理解了化学键的本质。化学键是量子力学中的力,量子力学决定了什么原子容易与其它原子连接在一起,结合的程度有多强,以及以什么结构结合。人们还发现,当辐射作用于不那么原始的地球和其他星球的大气层的时候,就能产生氨基酸和其他生命的其他关键部件。人们发现试管中的核酸和其他分子可以自我繁殖并且复制它们的突变。20世纪取得了如此坚实的进步,朝着理解和产生原始生命的方向发展。生物学的大部分被还原成了化学,而大部分的化学被还原成了物理学这并不完全正确,只是有一点点正确,但这个事实足以成为理解宇宙本质的重要见解。

      利用物理学和化学,再加上地球上最强大的计算机,人们正在尝试理解历史上的气候和地球大气层的环流。这种强大的工具被用于评估持续排放二氧化碳和其他温室气体进入地球大气层而带来的后果。同时,更简单的是,气象卫星提供了至少能提前几天的天气预报,每年避免了因作物歉收而带来的数以十亿美元的损失。

      在20世纪开始的时候,天文学家在大气湍流之海的底部观察遥远的世界。在20世纪末,巨大的望远镜正在地球轨道上观测伽玛射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和射电波。

      马可尼的第一份无线电报1901年穿越了大西洋。我们使用无线电和四艘已经飞过太阳系最远行星的宇宙飞船通讯。我们倾听来自80到100亿光年外类星体发出的自然射电辐射,以及所谓的黑体背景辐射——大爆炸的射电残余。大爆炸是创造宇宙的巨大爆炸。

      人们发射的探测飞船研究了70个星球,并在其中三个上着陆。这个世纪看到了一场几乎像神话一般的成功:把12个人送上月球,并把他们和超过100公斤月岩安全带回地球。自动探测器确认了金星在大规模的温室效应的驱动下,表面温度几乎达到了900华氏度;发现了40亿年前火星拥有和地球类似的气候;发现了有机分子从土星卫星“泰坦”上落下,就如同来自天堂的吗哪;发现了彗星或许1/4是由有机物构成的。

      我们的四艘宇宙飞船正在飞往其他恒星的路上。最近人们发现了环绕其他恒星运行的行星。科学发现揭示出,我们的太阳出处于一个巨大的透镜状星系的遥远边疆,这个星系由大约4千亿颗太阳组成。在20世纪的开始,人们认为银河系是唯一的星系。我们现在知道还有千亿个其他的星系,它们都在相互离开,就像是一场巨大爆炸——大爆炸——的残骸。而在(19和20)世纪交替的时候我们做梦也没有想到,我们发现了宇宙动物园中奇异的成员:脉冲星、类星体和黑洞。在可观测的范围内或许可以找到一些人类提出的最深刻问题的答案:整个宇宙的起源、本质和命运。

      或许科学革命的最大副产品毁掉了我们最喜爱和最令人安慰的信念。我们的祖先站在简洁的人类中心主义舞台上,现在这个舞台已经被一个冷冰冰的、庞大而中立的宇宙所代替。这个宇宙中人类的身份卑微。但是我看到我们也意识到了一个壮丽的宇宙、一个错综复杂而又优雅的秩序,远远超过我们祖先的任何想象。并且如果宇宙差不多能用简单的自然定律所描述,那么那些愿意信仰上帝的人就可以把这些美妙的定律归结于支撑整个自然界的一种理性。我个人的观点是,理解宇宙原本的样子,远远胜过臆想一个我们所希望的宇宙。

      (是否能)获得必要的理解和智慧来面对20世纪的科学启示,这将成为21世纪意义最深远的挑战。

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  • 羽香

    第3楼2008/08/12

    科技发展,既是机遇,又是挑战。高科技用于社会的发展,这是造福于人类,但是有的国家,有些人只顾自己,图谋霸权,作出有害人类的事情,这就是所谓的作茧自缚的行为,早晚会失败。

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  • zjshht

    第4楼2008/08/12

    科技是没有止境的,只要努力,就会有发展

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  • 茂茂

    第5楼2008/08/12

    都说科学是双刃剑

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  • maddog

    第6楼2008/08/12

    万物皆平衡,有利就有弊,我们作为万物之灵就是要扬其利而抑其弊。

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  • 风行

    第8楼2008/08/12

    科学解决了老问题,又发现了新问题,永远是挑战。
    是否能发展到证明上帝的存在。

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  • 风行

    第9楼2008/08/12

    人类的追求是永无止境的,科学的发展也是永无止境的。

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  • shaowei2911

    第10楼2008/08/12

    好文章!物理学的研究会有尽头吗?是和人类一起进化还是一起消亡?这么多年了,也不知道人有哪方面的进化,不知道人会不会灭绝。

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