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這些科學問題 即將改變世界

What don't we know? 25問

這125個問題,按學門領域分類,物理、天文學(含地球科學)與數學共41題;生命科學(包括動植物及醫學)比例最高,有72個問題;剩餘的其他的問題則包括人類行為、電腦的發展、能源及人口問題等。《科學》雜誌的編輯進一步根據「一、基礎性;二、面向的廣度;三、對其他領域的影響」三項原則,選出25條重點項目,詳列如下:

  1. 宇宙的組成為何?
  2. 意識的生物基礎為何?
  3. 為何人類的基因數目這麼少?
  4. 人的健康情形與基因變化的關聯性為何?
  5. 物理定律可以統一嗎?
  6. 人類壽命可以延到多長?
  7. 器官再生的控制因子為何?
  8. 皮膚細胞轉化為神經細胞的機制為何?
  9. 單一的體細胞變成植物的過程為何?
  10. 地球的內部是如何運作的?
  11. 我們人類在宇宙是孤立的嗎?
  12. 地球上的生命是何處及如何開始的?
  13. 是何機制造成生物的多樣性?
  14. 是何種基因變化造成獨一無二的人類?
  15. 記憶之儲存與釋出的機制為何?
  16. 是何等演化過程促成合群行為?
  17. 如瀚海般的生物資訊將衍生出什麼大圖像呢?
  18. 我們可以控制化學自我組織Chemical Self-assembly到何等地步?
  19. 目前的電腦之極限為何?
  20. 我們可以選擇性的關閉免疫反應嗎?
  21. 量子物理的測不準及非侷域性存在有更根本的原則嗎?
  22. 可能發展出一有效的HIV疫苗嗎?
  23. 溫室效應下的地球將有多熱?
  24. 什麼物質可以取代石油,時間又為何?
  25. 馬爾薩斯(19世紀英國經濟學家,提出人口論)的論點將持續錯誤嗎?
相對論、量子力學影響20世紀   歷史的經驗告訴我們,科學的發展主要來自有人在適當的時機提出適切的疑問,進而找到正確的答案。20世紀物理學的兩大支柱──「相對論」及「量子力學」的發展就是明顯的案例。兩者的發展不僅解答了19世紀末存在於科學界的許多謎題,也已成為今天所有基礎科學,包括物理、化學與生命科學的基石;更進一步的創造了今天被廣泛應用的各種高科技產品。   若沒有量子力學的建構與後續發展,是不可能出現大家今天所享用的半導體科技、光電科技及高精密度的醫療設施如核磁共振顯像儀等;而相對論則是實現太空探索及星際航行的必要基礎。   透過20世紀科學界整體的努力,在物理領域,完成了標準模型做為了解物質組成的最基本架構;化學家建立了詳細的原子、分子的反應機制;基因圖譜的解密則開啟了掌握生命科學奧妙的門扉。   而許多重要研究工具與能力的建置,如操控原子、分子的能力;能掌握如何從連結原子、分子而合成具功能性的巨分子或聚合物;詳細基因結構的解析能力等。這些能力構成我們進入21世紀,面臨諸多待解問題的必要準備,這也是《科學》雜誌此時提出125個問題的主要依據。提出的這些問題,對年輕的一代而言是他們的挑戰,也是他們的機會。   我們當然可以質疑,這125個問題夠完整嗎?是否已經包含主要的問題?答案顯然是否定的。因為物理、天文學與數學加上生命科學的課題已達90%,社會科學問題的短少也是個明顯的缺失。然而,我們現在去爭論《科學》雜誌該增加哪些課題可能是沒多大的意義。不過,我們可以問,《科學》雜誌所列的問題是根據西方的科學經驗所提出的,是否可能從東方科學的角度來提一些問題呢? 東方科學缺乏可因循規律   相信一定有人會先質問,什麼是東方科學?的確,今天大家所熟悉的科學原理與方法幾乎完全來自西方文藝復興運動後的科學發展。但是,沒有人可以否定,在15世紀以前,東方的科學與技術絕對是優於西方的。因此,或許我們該問的第一個問題是,為何15世紀以後西方科學逐漸取代了東方的科學?   我們知道,西方科學精神是由對現象做有系統的觀測後,經整理而歸納成精確且可依循的法則。至於東方的科學思想,只有定性的概念,缺乏有效率可因循的規律。幾個大家熟悉的案例或可以用來說明東、西方科學思想的差異。   《西遊記》描述孫悟空駕筋斗雲高速在天庭游走,其時間是「天上一天,人間一年」。這個概念與愛因斯坦相對論規範的時空概念相符,主要的差異是愛因斯坦的理論有一個完整的時空變化架構,同時定出一個可以明確計算其效應的法則。而吳承恩在《西遊記》只提出一個概念,沒有告訴我們其學理及規則。   另一個例子是,中醫的診斷與醫療,通常需要考慮到病患所處的地域與環境,但沒有告訴我們為什麼。此一概念若從今天生物演化的觀點來看,也許可以用「因演化而造成地區性具有同性質的基因及抗體」來理解。   西方的科學原理與方法,確實具有極高的效能,這或許是今天的科學完全由西方主導的原因。但是,面對本世紀諸多新的問題,尤其對具有高度複雜性的問題,純以西方科學的方法,可能得到最後的解答嗎? 圍棋高手電腦打不倒   以今天電腦系統為例,我想大家都會同意,即使是最先進的高速平行計算系統,它的功能及運作架構與人腦仍有一段差距。主要的原因是,目前電腦的運算法則是系列式的架構,而人腦的運作則是完全平行、同步的。前者與西洋棋或象棋遊戲的結構類似;後者則較接近圍棋的結構。這也是為何直到今天,雖然電腦可以擊敗西洋棋的世界冠軍,但仍沒有一種電腦系統可以超越圍棋高手。   因此,我們在發展更精進的電腦系統時,或許該問,東方人發展出圍棋遊戲是否有任何科學依據?由此進一步思考,面臨21世紀的挑戰,我們或許應該試圖結合西方的科學法則,將存在東方已相當久遠的科學概念重新整理,使之成為具有精確描述與規則的科學原則與方法。以此思考,若我們聚合國內的學者專家集思廣益討論,來提出切合我們需要探討的課題,應會與《科學》雜誌所列的問題有所差異才是。
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