在纪念《自然》杂志创刊150周年之际，回顾人类走过的历程，过去的一个半世纪如何塑造和形成了今天的科学体系？菲利普•鲍尔（Philip Ball）撰文指出，科学要走向未来，不能因循守旧，固步自封，而是要开拓新的视界，达到新的境界……科学必须与时俱进。
1866年，《自然》杂志创刊的三年之前，一条横跨大西洋的电报电缆在英国和北美之间建立了世界上最早的光速通信系统。这一成就为威廉·汤姆逊（William Thomson ，之后的开尔文勋爵）赢得了爵士头衔，建立跨洋电报电缆的建议就是他提出的。事实上早在1858年汤姆逊就曾提出了这一建议，但最后遭遇挫折。
19世纪70年代初，英国剑桥大学成立了卡文迪许实验室，旨在为国家未来的工程师提供良好的物理学研究基础。实验室的第一任负责人是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell），麦克斯韦在19世纪60年代中期提出的电磁理论促进了1887年无线电波的发现，由此诞生了比电报更先进的“无线电”通信技术。
在这样的背景下，西方世界，特别是创办《自然》杂志的英国开始对基础科学研究投入了极大的关注，认识到基础科学是给社会带来巨大变革的工业创新的引擎。创刊于英国伦敦的《自然》杂志，从大英帝国的视角，记录了世界科学进步的历程，并向《自然》杂志的目标受众展示了研究型实验室以及科学体系体制化和机构化的种种益处，这些都是毋庸置疑的。
庆祝《自然》杂志创刊150年之际的反思
80年后，这一模式激发了范尼瓦尔·布什（Vannevar Bush ），他于1945年给美国总统富兰克林·罗斯福递上了一份具有历史意义的报告《科学——无止境的前沿》（Science — The Endless Frontier）。该文提出政府应支持基础科学研究以促进国家安全、公共卫生和民生福利，并促进了美国国家科学基金会的成立。报告乐观地展示了未来的科学发展愿景，呼吁展开为国家和人类利益服务的、出于好奇心和自由发展的科学研究和探索。
《自然》杂志问世三年前，横跨大西洋电报电缆的铺设建立了英国和北美之间的光速通信
科学——无论是麦克斯韦电磁理论、曼哈顿工程，还是人类基因组计划——对社会变革都产生了巨大的影响，并导致科学技术的发展获得了强大的驱动力。这难道不是取得科学进步的方式吗？这难道不是一件大好事吗？
这个问题也引发了我们所熟悉的两种极端意见的争论。一些评论家质疑不受约束的科学发展，直指气候变化、环境掠夺、核武器和抗生素耐药性问题，以及人工智能和机器人、信息技术和基因工程互相矛盾的影响力。另一些人则指向现代科学时代的生活质量指标，比如人均寿命的稳步增长和婴儿死亡率的显著下降，即使在地理分布和时间上并不均衡，现代科学迅速发展与《自然》杂志问世并延续的时间跨度基本上是一致的。
但这些观点和例子都没有抓住要点。当今科学面临的一些关键问题是，鉴于我们现在面临的挑战，科学的方法、实践和思潮是否匹配我们的目的？自麦克斯韦时代以来，这些方法、实践和思潮，几乎没有什么真正的改变。科学能否继续履行其社会契约，是否能够沿着同样的道路走向未来并达到新的境界？还有，我们是否需要改变以及需要做出什么样的改变？
向外看：认识宇宙和人类在宇宙中的位置
让我们思考一下我们当前的着眼点。过去一个世纪左右的时间里，我们倾向于将研究前沿放在极大和极小的尺度上。如今可能还要加上一种新的倾向，着眼于非常复杂的东西，在人类直接经验里属于中间尺度。
现在很明显的是，两个极端尺度的挑战——基本粒子和宇宙学——是相关的。正如新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院的粒子宇宙学家马塞洛·格莱泽（Marcelo Gleiser）所说：“随着人类知识岛的扩大，知识的视野也在扩大。我们知道得越多，我们就越暴露于无知之中，我们想要知道答案的问题也越多。”
直到几十年前，我们才知道暗物质比所有可见物质重五倍，但是我们仍然不知道它是由什么组成的，而宇宙中的神秘物质被正式被命名为暗物质还不到二十年时间，暗物质被公认占了宇宙总能量密度的2/3以上，暗能量导致了宇宙膨胀加速。近几十年里人类发现了许多重要的宇宙奥秘，但从来没有像现在这样感受到，我们对宇宙的知识仍然如此匮乏。
如何在最大尺度上填补这些空白，将取决于如何在最小尺度上阐明物理世界，但其前景目前暗淡到足以令人绝望的地步。世界上最大的粒子加速器，瑞士日内瓦附近欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机，至今还没有给出任何超越已知物理知识的线索。面对知识缺乏的严峻事实，再好的想法也无济于事。与此同时，一些科学模型正在迫使人们接受一些新的观点，比如大爆炸膨胀模型下的多宇宙观点，在一些批评家看来，这些观点似乎导致一些评论家摒弃了科学本身的实证基础。
然而，尽管我们对宇宙的看法越来越令人困惑，但却比以往任何时候都更加充实和具体。19世纪60年代时，人们几乎都认为生命在其他世界是很普遍的存在。威尔斯1897年的小说《世界大战》的描写令人兴奋，因为人们普遍认为火星上真的存在生命，这种看法一直持续了半个世纪之久。火星表面颜色的季节性变化被解释为植被生长的盛衰循环，天文学家乔范尼·夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli）描述的火星上的条纹被一些人认为是人造水渠。
但“海盗”号火星探测器于1976年揭示的荒凉贫瘠的火星景观证实了一种日益强烈的感觉，之前1969年阿波罗登月活动也曾激发了这种感觉，物理学家恩里克·费米（Enrico Fermi）关于没有外星人来访的著名质疑也反映了这一点：我们是一个荒凉、没有生命宇宙中孤独的前哨。不过，现在已经不再这么认为了。自从1995年首次发现围绕类太阳恒星运行的太阳系外行星以来，已经积累了大约4 000次对这类行星的观测结果。
围绕其他恒星旋转的类地行星并不罕见。我们对其中一些行星的大气构成已经有了一些了解。随着美国宇航局2018年发射的“凌星系外行星巡天望远镜”（TESS），以及计划于2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们将很快知道更多来自宇宙深处的消息。研究人员对于自己有生之年在宇宙其他地方发现生命的可能性持有信心。
所有这一切将给我们带来什么？从宇宙的视角来看问题，在某种意义上似乎可以看作是哥白尼式革命的延续，这种认识将让人类变得更加边缘化。我们的地球不仅仅是浩瀚宇宙中一个微不足道的点，我们的宇宙也可能是一个潜在无限多元宇宙中一个微不足道的宇宙。很难想象还有什么比人类在宇宙中的降级更极端。
还有一种截然不同的观点认为，可居住世界在宇宙中很普遍，但却仍然近乎荒谬地认为我们人类是万物的中心。在膨胀的多元宇宙中，我们的存在是对自然基本常数的解释，这些基本常数在其他宇宙中可能有不同的价值，但是我们所见到的正是我们生存的必要条件。
如今，“多世界”的解释比美国物理学家休·埃弗雷特（Hugh Everett）在20世纪50年代提出这一理论时更受欢迎。埃弗雷特的“多世界理论”不同于多元宇宙的观点，这一理论使宇宙的数量倍增，使得“我们”中的每一个都倍增到无法测量的程度。与此同时，还有美国理论物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）的“参与宇宙”（participatory universe）观点和其他一些新的解释，如克里斯托弗·福彻斯（Christopher Fuchs）提出的“量子贝叶斯定理”（QBism）坚持认为，量子理论需要观察，而不只是科学通常提供的抽象和理论框架。
向内看：科学需要创造性和多样化的思维模式
换句话说，我们还不清楚什么时候或者是否能把自己排除在科学框架之外。这对麦克斯韦来说并不奇怪。他对物理现实的概念是建立在一种宗教立场上的，正是这种立场，赋予了人类一个特殊的地位。
说到这，不得不提及查尔斯·达尔文。他关于自然选择进化的观点，是于1859年在《物种起源》一书中提出的，他的观点引起了极大的冲击，两年后，达尔文《人类的由来》一书的出版更如一颗重磅炸弹，在当时引发了极大的轰动。他所提出的理论造成的影响，无法用“在教堂下面放置了一颗重磅炸弹”类比，而是开启了一个影响半世纪的争论：这于人类究竟意味着什么？而且，这场争论已经不再集中在以哪部经典为依据，而集中在哪种理论最具有决定性的权威地位。在科学领域，首先是进化论，然后是精神分析，现在是遗传学和神经科学，都坚持着他们各自的观点。
在《自然》杂志创刊100周年的时候，人们可能会选择新出现的学科理论。但又经过了半个世纪后，人们反而更难做出最终的决定。当强大的新技术与快速增长的数据集相遇，如全基因组关联研究，揭示了几乎每一种人类行为特征都有明显的遗传倾向，不仅如此，健康和疾病亦如此，但是揭示遗传效应发挥的确切机制还有很长路要走。一个性状往往涉及许多基因——甚至是数千个基因，我们甚至不清楚我们是否在一个正确的层面上观察和估量这一切的因果关系。
詹姆斯•韦伯太空望远镜的六个主镜部分
单细胞转录水平上的发育和组织功能的新图景使得复杂性进一步增加。显然，同一组织中相同的细胞可以表现出广泛的基因表达动态。目前基因组告诉我们关于某个有机体是如何建立和维持自身的信息，并不比一本百科全书告诉我们的更多。新方法，没有找到旧问题的最终答案，反而使研究背离科学发展初衷，就像通过基因组学来诠释种族概念那样，可能只会使我们对这些问题的认识变得更加贫乏，更加一无是处。神经科学，也一样，受到所收集数据的限制。功能磁共振成像仍然只是一个“揭示表象”的工具，它只能显示大脑中发生变化的位置（且分辨率相当低），而无法显示真正发生了什么。通过详尽的数据资料，或许还有通过刺激神经元连接和激发来解读大脑想法的设想，一经提出就受到了挑战，就如命运多舛的欧洲人类大脑项目那样。
我们已经抵达了“复杂性”前沿的某个阶段。如果以往历史可以作为借鉴的话，我们可以预想到，不会因最新尖端技术的出现而类推出我们能揭示这类复杂系统。正如大脑不是电池一样，它也不是计算机，基因组也不是基因序列的数字排列。更多的数据，虽然作为一种资源极其宝贵，但对于我们产生新理念没有帮助。而新的理念才是当下最欠缺的。正如英国曼彻斯特大学的神经生物学家和历史学家马修·科布（Matthew Cobb）所写，“半个多世纪以来，我们对大脑如何工作的总体理解并没有理论上的重大创新”。
毫不奇怪，关于意识几乎没有得到精确的描述，更不用说被理解了。我们仍然处在各种观点争鸣的阶段，有人认为意识是一种幻想，也有人认为意识是人所经历事情的真实反馈。较新的观点可以追溯到美国心理学家威廉·詹姆斯（William James）在《自然》杂志1915年的文章中所提出的理论，他的理论忽略了“现实和外表之间在传统上的对立面”。一些理论指出，神经科学摒弃了自由意志，认为“你的大脑先于你做出决定”，例如，通过大脑扫描可以预测大脑将要做决定，也就是说大脑决定早于意识的表现。
在过去一个半世纪科学发生变化的模式中，有三种模式显得尤为突出。首先，科学不再由独自在实验室工作的研究人员驱动，而是由一个跨越实验室、部门、学科、机构甚至跨区域的团队驱动。第二，如今人们经常依赖于庞大的数据集，数据如此庞大以至于超过人类大脑能保存或解析的程度。第三，人类越来越多地面临全球影响甚至生存紧迫问题，从气候变暖到对碳中性经济的需求，从流行病到饮用水安全。
然而，这些不断变化的需求并没有在激励机制、融资机制、奖项颁发或公众口碑中反映出来，系统性的偏见仍然根深蒂固，例如，在妇女和少数民族人口参与度和职位晋升障碍方面，或在医学数据库的人口覆盖率方面，或来自其制作者那里的算法偏见方面，都有所反映。甚至科学发展的国际化也受到当前政治趋势的威胁。生物学家托马斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）曾在《自然》杂志中呼吁，“科学的进步”是一段不屈不挠的、胜利向前的征程，但今天看起来却已经被自我满足和沾沾自喜所束缚，这是非常危险的。
现在是意识到这类问题不是系统不完善而是系统不完善造成后果的时候了，将科学实践者引入单一思维模式可能会阻碍科学的发展。认为19世纪高度受限人口结构中形成的传统、惯例、培训、学科界限、方法、责任和社会契约在今天仍然是最好的且行之有效的科学研究方式，是一种狂妄自大的心态，我们必须要承认的是，在开发模型、分配优先级、认可和奖励成就以及招募参与者的过程中，都嵌入了一些自以为是的假设，这些假设往往在无形之中影响着我们。
科研领域内的问题提出和解答，权威的科学文章，以及被动发出的一致附和的声音，封闭和独立的叙述，看似很有说服力的图表和标准化格式，以及对影响力最终度量标准的量化，并不是诠释和传播当今科学的唯一和最佳的工具。在由谁来做这些事以及如何做这些事方面，我们需要有更宽阔更开放的视野。例如，谁会想到，最终将气候科学坚定地列入公共议程是一个患有自闭症的女学生的直言不讳和莫大勇气影响的呢？
科学史告诉我们，一些最棘手的问题不是通过回答这个问题本身来解决，而是用一些更好的问题来取代。需要通过这样的方式来面对和解决的一些困扰我们的问题包括：生命的定义究竟是什么？什么是意识？是什么造就了不同的个体？为什么我们的宇宙似乎因我们的存在而微调？这一切是如何开始的？所有这些问题，都需要创造性和多样化的思维来获得更好的答案——因为出现在地平线上的风景很可能不是我们所预料的。
资料来源 Nature