來源：科學(xué)的樂園
科學(xué)是我們理解宇宙奧秘的最佳途徑。為了理解那些難以捉摸的現(xiàn)象，科學(xué)界常常拋出各種概念，隨之而來的新發(fā)現(xiàn)又會不斷挑戰(zhàn)這些現(xiàn)有概念——這也正是推動科學(xué)發(fā)展與進步的樂趣所在。
即使是知識淵博的人，也可能在一些深奧而具有爭議性的科學(xué)概念面前感到困惑。從神經(jīng)多樣性到量子生物學(xué)，從流浪行星到人工智能，甚至人的思維本身，近期出版的《新科學(xué)家》雜志探討了科學(xué)前沿的七個“燒腦”概念，從中可以窺見科學(xué)前行的脈絡(luò)。
理解思維
“讀心術(shù)”是否可能？
思考一下，你理解你的“思維”嗎？
有人把思維形容成“飄忽不定的東西”。有人認為思維就像煙花，閃爍著雜亂無章的火花，卻包含一個可控的中心光源。這些描述顯然沒什么科學(xué)道理，但即使是專家也不太確定“思維”到底是什么。
最新神經(jīng)成像研究顯示，我們可能永遠無法真正確定思維在大腦中的表現(xiàn)形式。澳大利亞莫納什大學(xué)哲學(xué)家、《思維》一書的作者蒂姆·貝恩說：“沒有人真正知道思維是什么，但可以從兩個方面著手理解：一是內(nèi)容，二是性質(zhì)?！?/span>
神經(jīng)細胞以突觸的形式互聯(lián)，形成神經(jīng)細胞網(wǎng)絡(luò)。
首先，從內(nèi)容上理解，思維與感知或感覺都不盡相同?？梢哉f，三者都涉及在頭腦中呈現(xiàn)某種事物，但思維的不同之處在于，它獨立于被思考事物所產(chǎn)生的任何刺激。
關(guān)于思維是如何產(chǎn)生的，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)思想認知與神經(jīng)科學(xué)實驗室負責(zé)人卡琳娜·克里斯托夫認為，有三股信息流進入了我們的意識，從而激發(fā)了思維——外部感知（來自外部世界）、內(nèi)部感知（來自人的器官和內(nèi)部生理環(huán)境）和構(gòu)思（指自發(fā)地、從潛意識中“涌現(xiàn)”出來的想法，包括走神或白日夢，而非推理和解決問題等有意識的思想）。
有內(nèi)容就有形式。思維的形式是怎樣的？美國內(nèi)華達大學(xué)拉斯維加斯分校的羅素·赫爾巴特設(shè)計了“思維采樣”實驗，想以此來探索思維的形式。他讓志愿者根據(jù)隨機提示記錄自己當(dāng)下的內(nèi)心體驗。
這個實驗揭示，思維可以是語言的、視覺的、情感的、建立在身體感覺之上的，也可以是無符號的，或者是這些的混合體。赫爾巴特說，個體之間在思維方式上存在巨大差異，盡管很多人都沒有意識到這一點。
至于思維的性質(zhì)，或者說思維在大腦中是什么樣的，克里斯托夫利用功能性磁共振成像技術(shù)來探討這個問題?！八季S肯定有神經(jīng)相關(guān)性?！彼f，一些大腦活動能簡單反映正在進行的思考類型，例如人在視覺思考時，大腦的視覺皮層會被激活。
更令人驚訝的是，在自發(fā)思考發(fā)生3秒前，人腦中默認模式網(wǎng)絡(luò)的部分區(qū)域以及記憶相關(guān)區(qū)域表現(xiàn)出活躍狀態(tài)，且記憶區(qū)域的神經(jīng)連接異常多樣，這或許有助于解釋為什么自發(fā)性思維往往不拘一格、隨心所欲。
雖然神經(jīng)成像可以讓我們粗略猜想一個人在想什么，但克里斯托夫認為，它并無法準確解釋思維的主觀體驗，也無法進一步使讀心術(shù)成為可能——而這正是美國神經(jīng)連接公司（Neuralink）等腦機接口公司所追求的目標?！八季S是從大腦這一物理基礎(chǔ)中產(chǎn)生的，但這又不是決定性的。”
量子生物學(xué)
“類量子”觸發(fā)靈感？
長期以來，量子生物學(xué)都被認為是邊緣學(xué)科。人們認為，在細胞這種溫暖潮濕的環(huán)境中，量子效應(yīng)很快就會消失。
然而，情況正在發(fā)生變化。初步證據(jù)表明，細胞內(nèi)部的一些機制可能涉及量子行為，并且量子生物學(xué)可能不完全遵循傳統(tǒng)的亞原子世界規(guī)則，這對經(jīng)典世界與量子世界的邊界提出了新的挑戰(zhàn)。
在美國普林斯頓大學(xué)化學(xué)家格雷格·斯科爾斯看來，量子生物學(xué)真正有趣的地方在于，它或可解釋那些無法用經(jīng)典物理預(yù)測的、新出現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象。
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尋找生物過程中的量子效應(yīng)，通常意味著要尋找諸如疊加態(tài)等典型的量子特征。據(jù)美國加州大學(xué)洛杉磯分校量子生物學(xué)技術(shù)實驗室負責(zé)人克拉麗斯·艾洛介紹，在體外細胞中，科學(xué)家已在微管蛋白質(zhì)中觀察到了疊加的跡象，“但到目前為止，所有這些結(jié)果都只具有'相關(guān)性’”。因為，沒人能明確證明或反駁量子效應(yīng)是否能在細胞內(nèi)維持足夠長的時間，從而對生命活動產(chǎn)生影響。
不過，艾洛有一些關(guān)于如何確認這種效果的想法。她的研究重點是磁場對一系列生物過程的驚人影響——從細胞代謝到DNA修復(fù)?！罢麄€細胞體系可能會對微弱的磁場有所反應(yīng)。”她說。這一想法是，磁場可以影響到電子的一種量子特性——自旋，而這種量子效應(yīng)可能對下游的生化反應(yīng)產(chǎn)生連鎖影響。
與此同時，斯科爾斯正在構(gòu)建一個新的理論框架，幫助我們找到生物學(xué)中的量子效應(yīng)。他的主要觀點是，通常的量子規(guī)則——基于少數(shù)粒子之間的相互作用——在這里并不適用?！拔覀冃枰邮芰孔由飳W(xué)的復(fù)雜性，我們需要發(fā)展一種新的語言。”
從廣義上講，量子相干性通常由不同波之間的同步程度（相位）來表征，所以斯科爾斯開始在生物學(xué)中尋找類似的現(xiàn)象。他借用了圖論的數(shù)學(xué)方法，這種方法描述了大量對象之間的關(guān)系，通過對生物振蕩進行求和來識別相位的出現(xiàn)模式。斯科爾斯說，振蕩發(fā)生在生物體內(nèi)，包括細胞內(nèi)的生化過程和大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。他認為，在實驗中觀察到的量子效應(yīng)可能就與振蕩有關(guān)。
斯科爾斯的研究也模糊了量子與經(jīng)典之間的界限。雖然這些生物狀態(tài)類似于量子疊加態(tài)，但他的所有計算都是使用經(jīng)典物理定律完成的。因此，他稱這些狀態(tài)為“類量子”狀態(tài)。他甚至開始推測這些類量子狀態(tài)在大腦中可能發(fā)揮的作用——它們可能會快速高效地將不同區(qū)域的信息整合在一起，帶來思維的跳躍或瞬間的靈感。
神經(jīng)多樣性
自閉癥是差異不是??？
神經(jīng)多樣性是一個新興概念，用來理解像注意缺陷與多動障礙（ADHD）和自閉癥這樣的神經(jīng)發(fā)育差異。美國杜克大學(xué)的杰拉爾丁·道森解釋道：“神經(jīng)多樣性反映了人類在感知世界以及與世界互動的方式上的差異，這些差異源于大腦的發(fā)育和功能?！?/span>
這一概念的核心是欣然接納這些差異，而不是將其視為問題。然而，神經(jīng)多樣性理念近年來引發(fā)了爭議，特別是對于那些習(xí)慣于將差異視為“障礙”的精神科醫(yī)生和神經(jīng)科學(xué)家來說。英國卡迪夫大學(xué)精神科醫(yī)生安妮塔·塔帕爾指出：“有些人認為神經(jīng)多樣性范式與醫(yī)學(xué)范式對立，但我認為兩者各有價值?！?/span>
自閉癥表現(xiàn)意象圖
“神經(jīng)多樣性”一詞最早由社會學(xué)家朱迪·辛格于1990年代末提出，她用這個詞描述那些沒有智力障礙但在與他人互動方面遇到困難或有重復(fù)行為方式的自閉癥患者。這一術(shù)語將自閉癥視為一種差異，而不是疾病，并強調(diào)自閉癥所帶來的許多優(yōu)點，比如創(chuàng)造力、對特殊興趣的專注和獨特的思維方式。
神經(jīng)多樣性并不否認自閉癥帶來的挑戰(zhàn)。道森指出，它的重點在于通過允許選擇和自主干預(yù)來克服這些挑戰(zhàn)。這個概念已擴展到包括ADHD、學(xué)習(xí)障礙和閱讀障礙等其他神經(jīng)發(fā)育障礙類疾病，甚至有人認為焦慮、抑郁等心理健康問題也屬于神經(jīng)多樣性的一部分。
但塔帕爾認為，將一切都視作神經(jīng)多樣性可能會失去意義。她認為，接受神經(jīng)多樣性不等于完全放棄診斷和干預(yù)，而是要靈活處理，關(guān)注個人的需求和挑戰(zhàn)。
通用人工智能
人類智能能被抽象復(fù)制嗎？
通用人工智能（AGI）是近期科技領(lǐng)域最熱門的話題之一。大型語言模型ChatGPT的成功，使AGI的概念進入公眾視野。AGI被視為技術(shù)前沿公司追求的目標，如OpenAI就表示其使命是“確保通用人工智能造福全人類”。各國政府和媒體也持續(xù)關(guān)注AGI的發(fā)展?jié)摿蜐撛谕{。
然而，AGI究竟是什么？許多專家認為，AGI的定義并不明確，甚至有人質(zhì)疑這一概念的科學(xué)基礎(chǔ)。
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美國新墨西哥州圣菲研究所的梅拉妮·米切爾指出，AGI并非真正的科學(xué)概念，因為智能難以用單一標準來衡量。她質(zhì)疑，是否能將人類智能的復(fù)雜特征抽象化并在機器中復(fù)制，這仍是一個未解之謎。
AGI一詞大約20年前由計算機科學(xué)家本·戈特澤爾和谷歌DeepMind的共同創(chuàng)始人肖恩·雷格首次使用，旨在推動人工智能從狹隘的應(yīng)用領(lǐng)域走向全面模仿人類能力的系統(tǒng)。DeepMind特別強調(diào)，AGI應(yīng)專注于“認知任務(wù)”，并提出了一個六級框架，其中最高級別的系統(tǒng)能夠在“廣泛的非物理任務(wù)中超越100%的人類”。
DeepMind的梅雷迪斯·莫里斯認為，技術(shù)的進步應(yīng)被視為一個漸進過程，推動對AGI共識的建立，“我們很希望那些研究智能和機器學(xué)習(xí)的專家能與我們的研究人員合作，共同制定新的評估標準”。
同時，美國俄勒岡州立大學(xué)的托馬斯·迪特里希指出，將人工智能定義為“人類的復(fù)制品”是一個誤區(qū)。他建議，將AI視為“智能輔助裝置”，更能體現(xiàn)其實際用途。這種觀點更符合AI發(fā)展早期的目標，即設(shè)計能為人類執(zhí)行特定任務(wù)的智能系統(tǒng)，而非盲目追求模仿人類智能。
癌癥進化
腫瘤也懂“適者生存”？
癌癥曾被簡單定義為一種或一組疾病，指體內(nèi)一群細胞不受控制地增殖并擴散到身體其他部位。然而，美國約翰霍普金斯大學(xué)的肯尼斯·皮恩塔指出，這種傳統(tǒng)描述未能體現(xiàn)學(xué)界對癌癥認識的演變?！叭藗冊鴮┌Y視為一種厄運，隨著時間的推移，癌癥會發(fā)生變化，而我們并不理解這些變化的原因、機制和動因?！?/span>
近年來，科學(xué)家們開始從全新的角度看待癌癥——將其視為一個復(fù)雜的生物生態(tài)系統(tǒng)，其中癌細胞與宿主免疫細胞共存，相互爭奪資源、適者生存。皮恩塔解釋，癌癥會隨著環(huán)境的變化而進化，“如果癌細胞不進化，它們就會滅亡”。
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歸根結(jié)底，這就是癌癥的可怕之處。癌細胞分裂迅速，還經(jīng)常發(fā)生隨機突變，留下的都是最具優(yōu)勢的變體。
美國佛羅里達州莫菲特癌癥中心癌癥生物學(xué)和進化項目聯(lián)合主任羅伯特·蓋恩比指出，雖然醫(yī)學(xué)界對大多數(shù)癌癥有了初步的藥物和療法，“但在轉(zhuǎn)移性環(huán)境中，我們幾乎從未治愈過癌癥”。
幸運的是，從進化視角看待癌癥，可以為其治療提供新思路。其中之一是，我們不應(yīng)該試圖消滅癌細胞，而應(yīng)該像治療糖尿病等慢性病一樣治療這種疾病。
傳統(tǒng)的化療和放療方法通常會留下少量耐藥細胞，這些細胞在競爭對手被消滅后會迅速增殖，導(dǎo)致癌癥變得更難治療。蓋恩比的實驗室正在嘗試新方法，讓一些對治療有反應(yīng)的癌細胞存活下來，以便它們能夠與耐藥性細胞競爭。
另一種策略是針對癌細胞的適應(yīng)能力。皮恩塔的團隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)患者接受化療時，一小部分癌細胞會停止分裂并進入休眠狀態(tài)，這些多倍體癌細胞能夠躲避化療藥物。他認為，通過摧毀這些休眠細胞，可以破壞整個腫瘤的生態(tài)系統(tǒng)。
還有一種可能的策略是在癌癥發(fā)展之前就阻止其發(fā)生。英國倫敦弗朗西斯·克里克研究所的查爾斯·斯旺頓發(fā)現(xiàn)，慢性炎癥（如空氣污染、煙草煙霧或酒精導(dǎo)致的炎癥）可以激活免疫細胞，促使癌癥發(fā)生。
這開辟了另一種治療途徑：從那些推動癌癥發(fā)生的免疫細胞入手。斯旺頓表示，人體正常系統(tǒng)不存在癌癥中的基因組不穩(wěn)定性，因此靶點更加穩(wěn)定，相比直接靶向腫瘤可能更有效果。
科學(xué)家們相信，對癌癥的新認識將帶來治愈的希望。蓋恩比總結(jié)道：“癌細胞只能適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境，但無法預(yù)測未來，而人類可以。這是人類相比于癌細胞最大的優(yōu)勢?！?/span>
流浪行星
億萬孤星或有宜居？
想象這么一個世界：沒有太陽，沒有晝夜節(jié)律，只有伸手不見五指的黑夜，以及星際空間里無盡的漂泊……
眾所周知，“流浪行星”確實存在，而且數(shù)量可能非常龐大。根據(jù)美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的大衛(wèi)·班尼特及其同事在2023年完成的一項數(shù)據(jù)分析，流浪行星的數(shù)量可能是恒星的20倍。這意味著僅在銀河系中，就可能有數(shù)萬億顆這樣的行星。
這一數(shù)字看似難以置信，因為我們通常認為行星都是繞著恒星運行的。但流浪行星的存在與行星形成理論完全相符。“老實說，我并不驚訝流浪行星的數(shù)量可能超過恒星?！庇鴤惗噩旣惻醮髮W(xué)的加文·科爾曼表示。
盡管如此，這種現(xiàn)象仍讓天文學(xué)家感到震撼?！皟|萬孤星，流浪銀河?！泵绹的螤柎髮W(xué)的麗莎·卡爾滕格說，“想象一下都是極美的”。
浩瀚宇宙中的流浪行星藝術(shù)概念圖
不過，我們無法直接觀測到這群自由“流浪”的行星。自2012年發(fā)現(xiàn)首顆流浪行星以來，科學(xué)家一直通過引力微透鏡效應(yīng)來推測它們的存在。大多數(shù)流浪行星的大小與地球相近。較大流浪行星的形成可能類似于恒星，但地球大小的流浪行星如何誕生仍是個謎。
科爾曼認為，流浪行星一定是在恒星系內(nèi)形成，然后被拋射出去的——也許是由于一顆外部恒星的掠過拉扯，但這通常發(fā)生在恒星密集的區(qū)域，如球狀星團；或者是星系中的另一顆行星與恒星發(fā)生了爭斗，一顆被拉近恒星，另一顆則被拋向宇宙深處。
在銀河系中，流浪行星最有可能在雙星系統(tǒng)中形成。因為在這種系統(tǒng)中，行星很容易被置于最終導(dǎo)致其被拋出的軌道上。
至于這些流浪行星的星體組成及其表面情況，可能與正常圍繞恒星運行的行星相似——從小型的巖石世界到大型的氣體巨行星，也可能是比海王星還大的冰巨星。“我想象流浪行星會和這些行星非常類似。”科爾曼說，但唯一的不同是，由于沒有恒星提供光和熱，它們唯一的熱源只能來自行星內(nèi)部，因此它們的表面很可能呈冰封狀態(tài)。
熱噴口是流浪行星上一種可能的熱源。這些噴口由行星冷卻時的整體收縮所驅(qū)動，這也是冥王星上發(fā)生冷噴發(fā)的機制。“但也有可能這些流浪行星比我們想象的更溫暖?！泵绹又堇砉W(xué)院的戴維·史蒂文森提出，如果它們的大氣中含有大量氫氣，這種氣體在高壓下是一種溫室氣體，流浪行星的表面溫度甚至可能類似地球?！斑@樣的行星可通過內(nèi)部放射性元素的衰變來保持溫暖?！必悆?nèi)特補充道。
模擬研究甚至表明，一些流浪行星可能具備宜居條件。它們可能在冰冷外殼下?lián)碛幸簯B(tài)海洋，或者在表面形成厚厚的氫大氣層，以吸收足夠的熱量來維持生命。
量子糾纏
時空奧秘的表現(xiàn)？
量子糾纏是指原子等粒子之間的神秘聯(lián)系，即使相隔很遠，也能瞬間影響彼此。這一現(xiàn)象挑戰(zhàn)了我們對空間和時間的理解，就連愛因斯坦都對這種現(xiàn)象感到不解，曾稱其為“幽靈般的超距作用”。
量子糾纏看似難以解釋，但物理學(xué)家已逐漸接受了其神秘性，并利用它開發(fā)新技術(shù)。如今，它已被視為一種常規(guī)資源，是量子計算和量子密碼學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)核心。
2017年，理論物理學(xué)家已證明量子糾纏是宇宙存在的必要條件，與量子理論公式無關(guān)。即使量子理論錯誤，糾纏現(xiàn)象仍然存在。波蘭格但斯克大學(xué)的安娜·塞恩斯指出：“我們在日常生活中看不到它，讓它顯得奇怪，但這只是宇宙的一個事實。”
然而，這并不意味著我們已經(jīng)完全理解了量子糾纏?！昂芏辔唇獾膯栴}真的非?；A(chǔ)?！比魉拐f，其中一個就是如何測量糾纏的強度。
但也有專家認為，量子糾纏現(xiàn)象被過度吹捧了。例如，它一直被吹捧為時空本身產(chǎn)生的根本現(xiàn)象。最近，有人提出要在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上探測高能量下的糾纏現(xiàn)象，以此作為研究量子理論揭示現(xiàn)實本質(zhì)的途徑。
研究量子糾纏的科學(xué)家對此持謹慎態(tài)度。英國牛津大學(xué)的阿圖爾·埃克特表示：“空間和時間的奧秘還有很多，但糾纏是否就是這種奧秘的表現(xiàn)，我們并不確定?！?/span>
閱讀報告全文，請訪問歐米伽研究所的“未來知識庫”
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