科学可以这样看-物理学的未来

如果
你能想象
勇敢地想象一下2100年的世界
《纽约时报》畅销书《平行宇宙》的作者加来道雄，在其《物理学的未来》中通过对300多位在实验室中已经创造了未来世界的科学家的采访，给我们呈现了新世纪绝妙的、令人激动而兴奋的愿景。其结果是权威地、科学地、准确地描述了在财富、医学、计算机、人工智能、纳米技术、新能源生产和航天技术等领域将来的革命性发展。
到了2100年，我们将很可能借助微小的大脑传感器控制计算机，像魔术师那样用心灵的力量移动物体。人工智能将分散在环境的各处，网络驱动的隐性眼镜将允许我们访问全球信息库，或者在眨眼的一瞬间想起我们想要的任何影像。
那时，汽车将使用GPS自动行驶；而且，如果发现了室温超导体，交通工具将在空气垫上自如飞行，在强大的磁场上几乎没有摩擦力的快速滑行，宣告磁力时代的到来。
科学家们将使用分子医学培育各种，治愈遗传疾病。数百万个微小的DNA传感器和在血液细胞中巡游的纳米机器人，将默无声息地扫描我们体内发现疾病症状的早信号，而且基因研究的快速发展将使我们能够延缓甚至逆转衰老过程，极大地延长人类的寿命。
在太空中，使用激光推进器的全新式针头大小的宇宙飞船将取代现在昂贵的化学火箭，也许就能够访问离我们较近的恒星。纳米技术的发展可能产生传说中的太空升降机，只要按下按钮，就能够把人类送入距离地球大气层数百英里的太空。
然而，这些惊人的启示只是冰山一角。加来道雄博士讨论了具有情感的机器人、反物质火箭、X光透视以及创造新生命体的能力。
他还考虑到了世界经济的发展问题，谈到了几个关键问题：谁将是未来的赢家和输家？谁将有工作？哪些国家将繁荣昌盛？
加来道雄博士始终以科学家严谨的态度阐释科学原理，研究某些技术可能成熟的速度，这些技术能发展到什么程度以及具有哪些根本的局限性和危险性。《物理学的未来》一书综合了大量资料，形成了对2100年之前数十年引人入胜的看法；该书是一种扣人心弦的、奇妙的、可实现的工具，可以让我们了解下个世纪翻天覆地的科学革命。

本书将让你如醉如痴、眼花缭乱、兴奋不已，以一种前所未有的方式看待世界。它以可信、权威的视野全新展现21世纪的蓝图，汇集了世界上300多位*科学家的远见卓识和科技成就，描绘了从今天起至2100年这100年人类将会取得哪些革命性的科学进展，这些科学成果又将会怎样决定人类的命运和改变2100年我们的日常生活。本书从超级计算机、人工智能、未来医学、纳米机器人、未来能源、太空旅行、职位财富、行星文明、未来生活九个方面，让外行和内行能够看到有什么不可思议的科技成果在等待着我们。我们应该怎样应对挑战，抓住这一百年决定人类终命运的轨迹。阅读本书，将引进你心灵的强烈震撼。

（美）加来道雄：纽约城市大学理论物理学教授；超弦理论创始人之一；广受好评的畅销书作者，如《平行宇宙》和《物理学的未来》，这是其主持的BBC电视台、发现频道、科学频道等电视节目的基础；还是通过140多个无线电台广播的“探索”和“神奇的科学”两个广播节目的主持人。

1 □ 引言 预测下一个100年
1 □ 1．计算机的未来 智力胜过物质
49 □ 2．人工智能的将来 机器的出现
88 □ 3．医学的未来 完善和超越
121 □ 4．纳米技术 万物从无产生？
154 □ 5．能源的未来 来自星星的能量
198 □ 6．未来的太空旅行 星际遨游
227 □ 7．未来的财富 赢家与输家
286 □ 8．人类的未来 行星文明
324 □ 9．2100年的一天生活
□ 致谢

本书将让你如醉如痴、眼花缭乱、兴奋不已，以一种前所未有的方式看待世界。它以最可信、最权威的视野全新展现21世纪的蓝图，汇集了世界上300多位最*科学家的远见卓识和科技成就，描绘了从今天起至2100年这100年人类将会取得哪些革命性的科学进展，这些科学成果又将会怎样决定人类的命运和改变2100年我们的日常生活。本书从超级计算机、人工智能、未来医学、纳米机器人、未来能源、太空旅行、职位财富、行星文明、未来生活九个方面，让外行和内行能够看到有什么最不可思议的科技成果在等待着我们。我们应该怎样应对挑战，抓住这一百年决定人类最终命运的轨迹。阅读本书，将引进你心灵的最强烈震撼。

（美）加来道雄：纽约城市大学理论物理学教授；超弦理论创始人之一；广受好评的畅销书作者，如《平行宇宙》和《物理学的未来》，这是其主持的BBC电视台、发现频道、科学频道等电视节目的基础；还是通过140多个无线电台广播的“探索”和“神奇的科学”两个广播节目的主持人。

9 2100年的一天生活

未物来理 2100年1月1日，清晨6点15分

经过新年前夜的纵情狂欢之后，你正酣然大睡。
突然，你卧室的幕墙（wallscreen）亮了起来，一个亲切且熟悉的面孔出现在屏幕上。这是莫莉，她是你新近购买的一个软件程序。莫莉笑眯眯地宣布道：“约翰，起床了。工作需要你，你必须亲自出马。这事很重要。”
“不，等一下，莫莉！你是在开玩笑吗，”你发牢骚说。“今天是元旦节，我还宿醉未醒。到底是什么事如此重要？”
你慢慢悠悠地将自己拖下床，不情愿地走进浴室。当你洗脸时，镜子上、厕所里和水槽中的数百个隐藏的DNA和蛋白质传感器悄无声息地开始了工作，分析你呼出的气体和体液里的分子，从分子层面检查任何疾病所具有的轻微的征兆。
你离开浴室，在头上四周缠绕上一些电线，这让你可以通过心灵感应控制你的家务：你用大脑提高公寓的温度，播放一些舒缓的音乐，告诉机器人厨师在厨房里准备早饭并冲泡一些咖啡，命令你的磁性轿车离开车库，准备好接你上班。当你走进厨房时，你看到机器人厨师的机械臂正按照你喜欢的方式准备鸡蛋。
然后，你戴上隐形眼镜，开始连接互联网。你眨一眨眼睛，网页图像便立刻传到了你的视网膜上。你一边喝着热咖啡，一边开始浏览在你的隐形眼镜里闪现出来的重要新闻。

?火星前哨基地请求提供更多的补给。火星上的冬季即将来临。如果定居者想要完成下一阶段的殖民计划，他们需要更多的地球资源来应对严酷的寒冷天气。该计划是通过提高火星表面温度来实施火星地球化的个阶段。
?批飞船准备发射。数百万个约针头大小的纳米机器人将从月球基地发射，利用木星磁场绕过木星，前往其附近的一颗恒星。然而，只有少数纳米机器人能够终抵达远在另一个星系中的目的地，这将需要花费数年的时间。
?又一种早已灭绝的动物即将入住当地动物园。这一次是一种罕见的剑齿虎，是用冰冻苔原上发现的剑齿虎DNA克隆而来的。由于地球的温度不断升高，人们发现了越来越多的灭绝动物留下的DNA，并通过克隆技术复原后填补到世界各地的动物园里。
?太空货运已经成功地实施多年，现在太空电梯也正把有限数量的游客送往外层空间。自从太空电梯开放以来，太空旅行的费用近年来已经暴跌至初的50分之一。
?采用核聚变技术的代核发电厂已经运行快50年了，现在这些核电厂应该逐步退役，用新建的核聚变发电厂替代它们。
?科学家正在密切监视亚马逊河域地区突然出现的一种新的致命病毒。到目前为止，这种病毒似乎只局限在一个不大的范围内，但是我们现有的所有治疗方法都对其无效。多个科学家研究小组正全力以赴研究其基因序列，以了解它的弱点并找出有效的治疗方法。

突然，一条新闻吸引了你的注意力：

? 曼哈顿周围的堤防意外发现一个巨大的裂缝，如果不能及时修复，整个城市可
能像世界上其他很多城市一样被海水淹没。

“嗯，哦，”你对自己说，“这就是办公室打电话来把我吵醒的原因。”
你顾不上吃早餐，穿上衣服飞奔出门。你的轿车已经自行开出车库，正在门外等着你。你通过心灵感应命令轿车尽快将你送到办公室。磁性轿车即刻连通了互联网、全球定位系统，以及数以万计隐藏在道路上的实时交通监控芯片。
磁性轿车无声地起飞了，飘浮在由超导路面形成的磁垫上。莫莉的面孔又突然出现在了轿车的挡风玻璃上。“约翰，办公室刚才通知说，让你直接到会议室同其他人一起开会。另外，还有一条你姐姐的视频信息。”
利用轿车自动驾驶的时间，你打开了姐姐留下的视频邮件。她的形象出现在你的手表上，说道：“约翰，还记得本周末我们要为凯文办一个生日派对吗？他今年6岁了，你答应过给他买一只款的机器狗。顺便说一下，你现在有约会对象吗？我这会儿正在网上打桥牌，碰到了一个你可能喜欢的人。”
“哦。”你对自己说。
你喜欢坐在磁性轿车里游弋，没有颠簸也不会碰上坑坑洼洼，因为磁性桥车是在道路的上空行驶。而这种车的优点是几乎不需要加油，因为几乎不存在让轿车减速的摩擦力。（你不无开心地想到了本世纪早期居然发生过一场能源危机，简直难以置信。您摇摇头，意识到大部分的能源原来都被浪费在克服摩擦力上面了。）
你还记得超导高速公路次开通时的情形。当时的媒体感叹说：我们熟悉的电力时代即将结束，崭新的磁力时代即将到来。其实，你并不怀念电力时代。你向窗外望去，看到井然有序的轿车、卡车和火车在空中呼啸而过，你意识到磁力才是正确的选择，并且在其发展过程中还能节省金钱。
现在，你的磁性轿车正经过城市的垃圾场。你看到大部分的垃圾是计算机和机器人零件。现在芯片的成本几乎为零，甚至比水还便宜，淘汰下来的芯片正堆积在世界各地的城市垃圾场里，有人已经在讨论用废弃芯片作为土地填充物的可能性。

未物来理 办公室

你终于到达办公楼，这是一家大型建筑公司的总部。当你进入大楼的时候，你几乎没发现有一台激光机正默默地检查你眼中的虹膜并辨别你的面孔。塑料安全卡早就不需要了，你的身体就是你的身份证。
会议室近乎无人，只有少数几个同事坐在桌子旁。但是，在你的隐形眼镜里很多其他参会者的三维图像便开始迅速出现在桌子周围。那些不能亲自来办公室开会的人通过全息术都已经到会。
你环视整个房间，确认所有的人都已经坐在会议桌旁，眼镜上面同时显现出了他们的个人简历和背景材料。你注意到他们之中有不少大人物，并把他们默默记在心里。
突然，你老板的形象出现在他的座椅上。“先生们，”他宣布，“你们可能已经听说，曼哈顿周围的堤坝突然开始渗漏，情况很严重。但是，因为我们发现及时，所以没有倒塌的危险。然而，不幸的是我们派往修复堤防的那些机器人又停止了工作。”
瞬间，灯光黯淡下来，你们完全包围在水下堤坝的三维图像中。你们完全被淹没在水中，堤坝上一个巨大裂缝的图像呈现在你们面前。
随着图像的旋转，你们可以精确地看到正发生渗漏的位置。你清楚地看到了堤坝上的这个巨大而奇怪的裂缝，它引起了你的注意。“光靠机器人解决不了问题，”老板继续说道，“它们的程序中没有编入这一种类型的渗漏，我们必须派有经验的人到那里去进一步查明情况并灵活处置。不用我提醒你们也知道，如果我们失败，纽约可能遭受与其他大城市相同的命运，这些城市有些现在还泡在水中。”
所有参会人员都感到不寒而栗。他们都知道因为海平面上升而不得不放弃的那些大城市的名字。虽然可再生能源和核聚变发电几十年前就已经取代化石燃料成为地球能源的主要来源，但是到目前为止，人们仍然在遭受上世纪前50年释放到大气中的二氧化碳的影响。
经过反复讨论，会议决定派出一支人控机器人维修队。这正是发挥你的专业特长的领域，因为正是你帮助设计了这种机器人。训练有素的人类工人被安置在一种特殊的吊舱里，他们头上装有一圈电极，大脑信号通过这些电极与机器人形成心灵感应。他们坐在吊舱里就可以看到并感受到机器人看到和感受到的一切，就像他们在现场亲眼所见到的一样，只不过他们只是待在远离现场的一个神奇装置里而已。
你确实应该为自己的工作感到骄傲。这些心术控制的机器人已经多次证明了其独特的价值，月球基地的大部分工作都是由地球上舒适而安全地躺在这种吊舱内的人类工人完成的。但是由于无线电信号发送到月球大约需要一秒钟，这就意味着这些人类工人必须经过特殊的培训才能适应这一时间延迟现象。
（你大概会想：我们可以用同样的方式把机器人放到火星基地上去。但是，由于把一个信号发送到火星需要20分钟，信号返回又需要20分钟，因此与火星上的机器人沟通太困难，这种方法行不通。唉，无论我们的技术有多么进步，有一件事情你是不能改变的：光速。）
 但是，会议中仍然有一个问题让你感到迷惑。
终于，你鼓起勇气打断了老板的讲话。“先生，我实在不愿意这样说，但是看看堤防渗漏的情况，这个裂缝看起来很可能是我们自己的一台机器人造成的。”
房间里立刻充满了人们交头接耳的吵闹声，你能听到他们异口同声地反对你的观点：“我们自己的机器人？不可能。荒谬。这种事情以前从未发生过。”人们抗议道。
然后，你的老板让大家安静下来，表情严肃地说：“我担心的正是有人会发现这个问题，所以我要说，这件事至关重要，必须严格保密。在我们召开正式新闻发布会之前，这个信息决不能泄露到这个房间之外。没错，渗漏确实是因为我们的一台机器人突然失控造成的。”
会场上一片混乱，人们纷纷摇着头：这怎么可能呢？
“我们的机器人具有相当完美的工作纪录，”老板坚持说，“是完美无瑕，从来没有任何一个机器人造成过任何危害。自动故障安全装置已经地反复地证明它的有效性。虽然我们创下的纪录仍然有效，但是你们也知道，我们一代的先进机器人使用的是量子计算机，这是目前强大的计算机，甚至已经接近人类的智能。是的，人类的智能。但是量子理论始终存在出现错误的可能性，虽然其概率十分小，但是确确实实存在。眼下就是一个例子，它终于出问题了。”
 你心情沮丧地瘫坐在椅子上，这个消息让你不知所措。

未物来理 回到家中

这真是非常漫长的一天，会后你立刻组织机器人维修队修复裂缝，然后同其他人一起把所有使用量子计算机的实验机器人停了下来，至少要等到这个问题终解决之后才能再次使用它们。你终于又回到了家中，只感到筋疲力尽。当你刚刚舒舒服服地坐到沙发上的时候，莫莉又出现在幕墙上：“约翰，布朗博士给你发来了一条重要的短信。”
布朗博士？一个医生机器人又有什么话要说？
“把他移动到屏幕上。”你对莫莉说。你的医生立刻出现在了幕墙上。“布朗博士”看起来非常逼真，有时候你会忘记他只是一个软件程序。
“很抱歉打扰你，约翰，但是有件事我必须提请你的注意。还记得去年那场几乎要了你命的滑雪事故吗？”
你怎么可能忘记呢？那次你在阿尔卑斯山残留的积雪上滑雪，结果一头撞上了一棵大树，每当你想起当时的情景就免不了心惊肉跳。由于阿尔卑斯山上的大部分积雪已经融化，你不得不选择了一个海拔更高的陌生度假地。由于不熟悉那里的地形，你意外滚下山坡，以每小时40英里（64公里）的时速撞进了一片树林。哎哟！
布朗博士继续说道：“我的记录显示，你当时被撞昏，遭受了脑震荡和严重的内伤，还是你身上的衣服帮你捡回了一条命。”
虽然你当时已经失去知觉，但是你的衣服立刻自动向近的救护车发出了呼叫并且上传了你的病史，同时还提供了你的精确坐标位置。你被送到医院以后，机器人为你进行了显微手术——止血、缝合微血管破裂，治疗其他损伤。
“你的胃、肝、肠都被损坏，无法修复。”布朗博士提醒你。“幸运的是，我们及时为你生产了一套全新的器官。”
 突然间，你觉得自己有点像机器人，身体很多部分都是由器官工厂生产的人工器官所构成。
“你知道，约翰，我的记录还显示，你本来可以把粉碎的手臂更换成全机械臂。型机械手臂的力量将比你现在的手臂增加5倍，但是你谢绝了。”
“是的，”你回答，“我想我仍然是个思想传统的家伙。无论如何，我还是认为肉体胜过钢铁制品。”
“约翰，我们必须对你的新器官做定期检查。现在请拿起你的磁共振成像扫描仪，并慢慢地在你的胃部上方移动。”
你走进卫生间，拿起一个手机大小的小装置，开始慢慢地在你的内脏器官上方移动。在幕墙上你立即看到了这些器官的三维发光图像。
“约翰，我们将对这些图像进行分析，看看你身体愈合的情况。顺便说一下，今天上午你浴室的DNA传感器检测出癌细胞在你的胰腺中生长。”
“癌症？”你突然直起腰来，心里感到大惑不解。“我还以为若干年前癌症就已经被根治了，现在甚至都听不到人们谈论它了，我怎么可能得癌症？”
“其实，科学家从来没有真正治愈过癌症，我们不妨说我们与癌症正处于停火和僵持阶段。癌症种类太多，同感冒的情况是一样的。其实，我们也从来没有真正治愈过感冒。我们现在只能控制癌症，不让它继续发展而已。我已经订购了一些杀灭癌细胞的纳米粒子，你体内的癌细胞也只有几百个。这是例行程序，但是如果我们不及时进行干预，你很可能在7年后死于癌症。”他面无表情地说道。
 “哦，那我就放心了。”你对自己说。
“是的，今天我们可以在肿瘤形成几年前发现癌症。”布朗博士说。
“肿瘤？那是什么？”
“噢，那是过去对晚期癌症的一种说法，它几乎已经从现代语言中消失了，因为我们现在已经见不到晚期癌症了。”布朗博士补充说。
在经过一整天的高度紧张的工作之后，你突然想起，你竟然忘记了你姐姐威胁说要为你安排一次约会。于是，你再次叫来了莫莉。
 “莫莉，下个周末我不准备工作了，你能帮我安排一个约会吗？你知道我喜欢什么样的人。”
“是的，你的喜好都存储在我的记忆里。请稍等，我浏览一下互联网。”一分钟后，莫莉把可能的几个候选人的个人资料现实扩展到了幕墙上，她们也正各自坐在自己的幕墙前，询问着同样的问题。
浏览过候选人的资料后，你后选择了一个你喜欢的人。这个人叫凯伦，你觉得她多少看起来有些与众不同。“莫莉，给凯伦发一条礼貌的短信，问问她本周末是否有空。有家新餐厅刚开业，我想去试一试。”
 莫莉随后用视频邮件给凯伦发去了你的个人资料。
那天晚上，为了放松一下紧张的心情，你把一些同事请来家里喝啤酒并一起观看了一场橄榄球赛。你本来可以让朋友们通过全息图像的方式来到你的客厅里观看比赛，但是同朋友们亲身待在一起观看比赛、为主队欢呼呐喊、共同分享兴奋之情总是更让人感到愉悦。你微笑着想，这大概同几千年前洞穴人必须彼此建立牢固的联系是同一个道理吧。
突然，整个客厅明亮起来，你们好像就在橄榄球比赛场上，正站在50码线上。当四分卫向前传球时，你就站在他的身旁。球赛就在你的周围开始了。
中场休息时，你和朋友们开始评论球员。你们喝着啤酒、吃着爆米花，激烈地辩论着谁的训练多，谁的练习刻苦，谁拥有好的教练，以及谁拥有好的遗传治疗师。不过，你们都一致认为，你们主队的遗传专家是联赛中棒的，因此队员们也拥有金钱能买到的好的基因。
 朋友们离开后，你仍然因为心情激动而难以入睡。所以，你决定上床睡觉前快速玩几把扑克牌。
“莫莉，”你问道。“时间不早了，但我想玩一把扑克，我觉得我现在手气不错。不管在英国、中国、印度或者俄罗斯，肯定能找到几个现在也想玩牌的人吧。”
“没问题。”莫莉说。一些可选玩家的面孔出现在屏幕上。当每个牌手的三维图像出现在你的客厅里时，你津津有味地捉摸谁是善于虚张声势的人。你在心里说，这真有趣，你居然对远在数千英里之外遥远国家的人们比你的隔壁邻居更熟悉。如今国家边界已经没有什么意义了。
后，正当你终于准备睡觉时，莫莉再次打断你，出现在浴室的镜子上。
“约翰，凯伦接受了你的邀请，周末约会的所有事情都已经安排妥当。我会在那家新餐厅为你们预订坐置，你想看看她对自己的长相是如何描述的吗？要不要我到互联网上验证一下她描述的准确性？众所周知……呃……有些人经常撒谎。”
“不用，”你回答说，“我们还是为周末保留一份惊喜。”玩过扑克之后，你再一次感到自己的运气不错。

未物来理 周末

今天是周末，该去逛逛街，给凯文买一件礼物。“莫莉，把购物商场放到屏幕上。”
商场立刻出现在幕墙上。你挥动手臂和手指，幕墙上的图像带你穿行在商场之中。这次虚拟之旅后把你带到了一家玩具店的图像前。是的，他们正好有你想要的玩具机器人宠物。然后，你通过心灵感应命令轿车把你送往商场。（你也可以在网上订购，或者让他们把设计蓝图通过电子邮件发给你，然后让你的装配实物机（fabricatormaterialize）使用可编程物质在家里把它制造出来。但是，偶尔走出公寓亲自去商场购物，这总是好的。）
你坐在磁性轿车里向外望去，看见人们正在散步。这是如此美好的一天。你还看到了各种各样的机器人：遛狗的机器人、机器人文员、机器人厨师、机器人接待员和机器人宠物。看来，凡是世界上危险的、重复性的或只要求简单的人机交流的任务，现在都已经由机器人来完成。事实上，如今机器人产业已经变得非常庞大。在你身边随处可见各种广告，招聘维修、服务、升级或制造机器人的技师。凡是从事机器人行业的人都拥有一片光明的未来，机器人产业比上世纪的汽车产业规模更大。你意识到，其实绝大多数的机器人是人们平时看不到的，它们默默无闻地修复城市基础设施和为我们提供基本服务。
当你来到玩具店后，一名机器人店员在门口迎接你。“需要帮忙吗？”他问道。
“是的，我想买一个机器人狗。”
你仔细看过款的机器人狗后，不禁惊叹这些机器人宠物居然能够做那么多的事情。它们可以玩耍、小跑、取东西，一只真正的狗能干的任何事情它们都干。除了不会在你的地毯上撒尿，它们简直无所不能。你想，也许这就是为什么父母都愿意给孩子们买机器人宠物的原因。
随后，你对机器人店员说：“我要给6岁的侄子买一个机器人宠物。他非常聪