我们为什么需要探索

每当经济萧条，最先遭到预算削减的就是探索性科学项目，从太空探索到大型强子对撞器。常有人问，地球上有那么多人吃不上饭，为什么要把钱花在离我们生活那么遥远的地方？探索宇宙、探索微观世界、探索最前沿科技的意义究竟在哪儿？

现在我们处在经济危机的时刻。首当其冲的受害者，就是各种各样的公共开支。其中，最为命悬一线的则是科学方面的公共开支，特别是以好奇心为导向的科学与探索。

根据英国《卫报》的统计显示，在2008～2009年度，英国政府的开支共计6200亿英镑，而科学预算仅有33亿英镑。在英国，从医疗研究、空间探索、欧洲核子研究组织、粒子物理学，到工程，甚至是艺术和人文，给这一切提供资金的，就是那33亿英镑，在庞大的开支图中几乎很难找到它的存在。但就是这个微小的比率，却同美国、德国和法国是一样的：由公共拨款的科研经费，占GDP的0.6%。

我们在宇宙中是孤独的吗？

对太阳系的探索，让我们发现了太阳系的美丽。也为回答人们会问的最深远的问题之一，指明了道路。这个问题就是：“在宇宙里，我们是孤独的吗？”

从卡西尼号太空探测器在土星轨道发回来的图片上，我们可以看到土卫二（恩克拉多斯卫星，Enceladus）。这颗卫星很小，差不多和不列颠诸岛一样大，直径仅有500千米。在恩克拉多斯卫星的表面，我们可以看到一层薄薄的烟雾依依升起。那层薄雾其实就是突起的冰泉，看上去是那么美丽，那么令人着迷。研究人员认为，如果有一座“机器”，可以提供足够的能量令冰泉运动，那么在卫星的地表之下，可能就有着由液态水组成的湖泊。这一点非常重要，因为在地球上，能够找到液态水的地方，我们能找到生命。因此，这一发现是相当惊人的——也许这是太阳系里的又一个生命的摇篮。

但土卫二不是太阳系最有可能有生命存在的星球。最有可能的是木星的一个卫星：木卫二（欧罗巴卫星，Europa）。木卫二事实上是个冰球。它的地表是一层厚厚的冰面，大概有100公里深。通过检测木卫二同木星的磁场的相互作用，以及研究它冰面上的裂缝，研究人员很肯定地推测，在木卫二的地表冰层下，环绕着海洋一般的液体。据估计，这是一种咸水，约有几百公里深。这意味着木卫二上的水，其总量已经超过了地球所有海洋水量之和。因此，木卫二很可能是我们所知的地球之外的最有可能找到生命存在的星球。这是一个了不起的发现。

14倍的回报

除了让人们称奇外，探索和科学还有其他的作用吗？

有的。在1968年的12月24日，阿波罗八号绕到月亮背面时拍摄到了一张照片：在阿波罗八号上看到地球升起的情景。很多人认为，正是这张照片把1968年从巴黎的学生暴乱、越南的战争白热化中拯救了出来。阿尔·戈尔（Al Gore，美国政治家、环境学家、前副总统、诺贝尔和平奖得主）曾多次提起，这张照片可以说是环保运动的开端。那是我们第一次看见地球不是一个坚不可摧的地方，而是悬居在黑暗无垠的宇宙中的一颗微小而脆弱的星球。

太空探索和阿波罗计划如今已经是妇孺皆知，然而，它为经济所作出的贡献却鲜少被人提及。很多人认为这是一项耗资巨大而并无实际意义的工程，但是事实上，根据1975年由大通计量经济学的研究结果显示，阿波罗计划的经济影响是十分巨大的：每花在阿波罗计划上的一美元，平均为美国经济带回了14美元。可以说，阿波罗计划在激励方面、在工程学成就方面、在鼓舞年轻的科学家和工程师方面，收益为投资额14倍。所以说，探索项目可以养活自己。

那么科学性探索如何能鼓励创新呢？19世纪八九十年代，许多科学家和观察员检查原子释放出来的光，他们发现了氢气的光谱图。加热氢气时，透过棱镜看到它所发出的并不是白色的光，而是一种由几道深深浅浅的蓝色和红色组成的光。这使得科学家了解原子的结构，即原子是周围带有电子的单一核心，电子只在特定的位置。原子的这一特性，成为导向量子理论、原子结构理论发展的一个关键因素。从太阳的光谱图上可以看出，太阳大气层的原子只吸收特定颜色的光，而电子跳起来又落回去。我们根据原子的这一特性，在研究太阳光时发现了氦元素，并把它命名为“赫利俄斯”（Helium，源自Helios，希腊神话中的太阳神赫利俄斯）。量子理论很快引导人们理解物质里电子的行为，比如说硅原子。能用来制作晶体管的硅原子，它的运动符合纯粹的量子现象。所以，如果没有好奇心引导人们了解原子结构，进而发现了更加深奥的理论——量子力学，我们就不会有晶体管，不会有硅芯片，不会有我们现代经济赖以生存的根基。

科学原理的普遍性与探索发现的偶然性

物理学的定理是普遍存在的。物理学和人们在地球上得到的对于自然界的认知，可以推而广之，应用到其他行星上，甚至是最遥远的恒星和星系。对量子力学最令人震惊的预测是，通过原子的结构，我们就可以根据这种描述过晶体管的同样理论推断出：在宇宙中，没有一颗白矮星的质量能够超过太阳质量的1.4倍，这是白矮星质量的最大限度。这个结论，你可以在实验室里拿张纸算出来，或者利用望远镜遥望天空便可得知。对于一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量，一般通过伴星的质量传递，可能经由所知道的碳引爆过程爆炸成为一颗Ia超新星。

大爆炸时，宇宙里没有碳元素和氧元素。第一代恒星期间，宇宙里没有碳元素和氧元素。它们在恒星里面封存起来，再通过爆炸返回到宇宙空间，重新凝聚成新的行星，新的恒星，新的太阳系统，还有，像我们一样的人类。这很好地展示了物理学定理的力量、美，和普遍性。

“1928年9月28日的黎明，我刚醒来，我自然没有打算通过发现世界上第一个抗生素，来改革整个医术界。”亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming，英国细菌学家，青霉素发现者，诺贝尔生理或医学奖得主）曾经这样讲述他发现青霉素时候的情形，一种机缘巧合，让他获得了成功。

原子世界的探索者们并没有打算发明晶体管。他们也没有打算描述超新星爆炸的机制，这一机制最终告诉我们构建生命的基石是在宇宙里合成的。在科学中，意外发现很重要。科学如此美好，可以揭露一些令人吃惊的事物，它也可以最终向我们揭露关于我们在宇宙中的位置，还有我们的家园的真正价值这样的终极问题。

我们对这个世界知道得足够多了吗？

现在离地球有100亿公里远的旅行家飞船，曾探测过木星、土星、天王星和海王星。在拜访完这四个行星之后，卡尔·萨根（Carl Eduard Sagan，美国天文学家、科普作家、科幻小说作家）曾提议将旅行家号调头，拍下它拜访过的星球的照片。其中一张照片被称为“微弱蓝点”（Pale Blue Dot），从40亿英里以外看到的地球悬挂在光线之中，小到几乎难以辨别。

萨根这样描述他在这张照片所看到的景象：“再看一下这个点吧。它在那里。那就是我们的家，我们的一切。在它上面，有你爱的每个人、你认识的每个人、你听说过的每个人。历史上的每一个人，都在它上面度过了自己的一生。所有我们的欢乐和痛苦，所有言之凿凿的宗教、意识形态和经济原理，所有猎人和强盗，所有英雄和懦夫，所有文明的创造者和毁灭者，所有的皇帝和农夫，所有热恋中的青年情侣，所有的父母、满怀希望的孩子、发明者和探索者，所有精神导师，所有腐败的政治家，所有‘超级明星’，所有‘最高领导人’，所有圣徒和罪人，从人类这个种族存在的第一天起，都生活在这颗遥远的尘埃上，悬浮在太阳光中。有人说，天文学会让人谦卑，塑造人的性格。没有什么东西，比这张从远处拍摄的地球的图片更能够说明人类自负的愚昧徒劳。对我而言，它强调了我们有责任更好地相互交往，并且要保护和珍惜这个微弱蓝点，这是我们迄今所知的唯一家园。”多么优美的文字，描述了科学与探索的力量。

一直有人，而且会永远有人认为，关于宇宙，我们知道得够多了。如果在20世纪20年代做出这样的结论，人们就不会发现青霉素。如果是在19世纪90年代，人们就不会发明晶体管。在现在经济困难的时期又有人这样说了，是的，我们知道的足够多了，我们不需要继续探索宇宙了。

19世纪初，那个人们拼命开发、拼命建筑的时代，汉弗里·戴维（Humphry Davy，英国化学家）也和当时在实验室里工作着的其他科学家们一样，受到了人们的嘲弄。然而戴维对此的回应，直到现在我们仍然有必要铭记在心。他说：“对人类思想进步造成致命危害的是，认为我们现在对科学的认知达到极致了，我们彻底成功了，自然界再也没有神秘之处了，再也没有新的世界让我们去征服了。”

（根据Brian Cox在TED上的演讲整理而成）

责任编辑：张婷

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