未来五大科技畅想课件

1、未来五大科技畅想中国期待建厂捕捉“上帝粒子”2013年诺贝尔物理学奖授予比利时物理学家弗朗索瓦恩格勒特和英国物理学家彼得希格斯，以表彰他们提出希格斯机制并成功预测希格斯玻色子的存在。对诺贝尔奖花落希格斯玻色子该如何解读？发现希格斯玻色子对人类认识宇宙有什么重大意义？中国科学家对发现该粒子做出了哪些贡献？近日，本报记者就这些问题专访了几位中国物理学家。等待近半个世纪“实至名归”和“期盼已久”，中科院院士、中科院高能物理研究所研究员陈和生用两个词来描述今年诺贝尔物理学奖的归属。他说，被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子对标准模型理论来说是关键粒子，经全世界物理学家近半个世纪的努力才发现了它。什么是标准

2、模型？它是物理学用来解释自然界最深层物质结构的粒子物理基本理论，它的成功被大量的高能物理实验所证实，但是，在欧洲大型强子对撞机（LHC）实验之前，标准模型中解释基本粒子质量来源的希格斯粒子一直没有在实验上被观测到，也使得希格斯粒子成为标准模型里唯一未被实验发现的粒子。“也正因如此，寻找希格斯粒子以解释宇宙间物质的质量起源成为过去几十年许多大型高能粒子物理实验的最重要物理目标，而2012年在LHC的ATLAS和CMS实验中发现希格斯粒子，也被认为是物理学在标准模型建立后的近几十年来最重要的发现。”ATLAS国际合作组中国组负责人、中科院高能物理所研究员金山告诉记者。欧洲核子研究中心去年7月宣布，

3、该中心的两个强子对撞实验ATLAS和CMS项目发现了同一种新粒子，它的许多特征与希格斯玻色子一致。随后该中心于今年3月称，更多数据分析表明“它就是希格斯玻色子”。没有“上帝粒子”就没有宇宙据中科院高能物理所研究员张新民介绍，希格斯粒子是一种构成宇宙万物的基本粒子，其他的基本粒子包括夸克和轻子以及传递他们之间相互作用的规范玻色子，但希格斯粒子与这些基本粒子不同。“没有它，其他基本粒子都是没有质量的， 都将以光速在运动，会聚集不起来，形不成今天看到的宇宙，更谈不上生命。可以说希格斯粒子是我们宇宙万物形成的基础，是质量产生之源。”当公众沉浸在发现希格斯粒子的兴奋中时，冷静的科学家提醒道，它是重大进展

4、，却并非终点。在当下的讨论中，希格斯粒子常和宇宙学研究联系在一起。对此，陈和生认为，讨论希格斯粒子的发现对宇宙学研究的具体影响还为时尚早。“现在发现的是希格斯粒子，但它到底是标准模型粒子，还是超对称模型的粒子，这有待进一步研究。如果被证明是后者，那可以解释暗物质。”张新民说，目前还不能解释希格斯粒子为什么比质子重125倍。理论计算表明，对于这样重的希格斯粒子，宇宙是不稳定的，将在数十亿年以后毁灭。这说明，目前的理论模型还要进一步完善，还需要进一步研究希格斯粒子。张新民同时强调：“更重要的是，除可见物质外，宇宙中其他的95%是暗物质和暗能量，超出粒子物理标准模型。所以，发现了希格斯粒子，是粒子物

5、理学的一个重大进展，但不是终结。”对于希格斯粒子的进一步研究，在金山看来，研究希格斯粒子的性质以及在LHC实验中寻找超出标准模型的新物理信号尤其是寻找超对称粒子,成为今后高能粒子物理实验的热点。中国科学家功不可没在全世界将目光投向神秘的“上帝粒子”时，我们会发现在寻觅其踪影的征程上，也有中国科学家的身影。“从探测器建造到数据分析，中国科学家做出了重要贡献。”陈和生说。发现希格斯粒子的ATLAS和CMS实验是目前世界上规模最大的高能物理实验，每个合作组有约3000名成员。在科技部、中科院等支持下,一批中国科学家参加了这两个大型实验。据金山介绍，ATLAS中国组在发现希格斯粒子的3个主要衰变道的物

6、理分析中做出了直接贡献，CMS中国组则承担了缪子探测器的建造任务。“我们承担一部分探测器的建造任务，得到了很高的国际评价。此外，中国专家在数据分析过程中提出来的一些分析方案，对分析结果起了很大作用。”对于分析的难度，陈和生打了一个形象的比喻：“就像从一大堆沙子里挑一粒金沙。”金山认为，中国科学家的贡献说明我们有能力参与世界最前沿的大型实验的合作与竞争，并对人类文明进步的重大成果做出贡献。他坦言，如果能够在中国建造一个周长为50公里-70公里、能量为250GeV左右的环形正负电子对撞机“希格斯粒子工厂”，并在将来能够升级到能量是50TeV左右的超级质子对撞机，就能使我国在研究希格斯粒子性质和寻找

7、超出标准模型的新物理领域占有全面国际领先地位。 英设计师构建未来水下社区雏形 据英国每日邮报10月26日报道，近日，对水下居住一直满怀热情的英国设计师菲尔波利(Phil Pauley)公布了一组名为“Sub-biospere 2”的未来水下社区构思图，让人们提前一睹未来在水下生活的情形。目前，自称是“未来主义者”的菲尔还撰写了一本有关水下世界的书，他期待着自己梦想的社区有朝一日能成为现实。据悉，“Sub-biospere 2”是一座自给自足的水下社区。该社区共由8个生物群落组成，宽达1105英尺(约336.8米)。其中，中央支撑生物圈用来监控整个的生命系统，还有一座观测台和可容纳100人的居住

8、区。每处居住区都有独立的生态系统，不需要依靠外界提供氧气、食物和日常用品等。作为伦敦视觉通讯咨询公司的创建者，菲尔称，打造水下社区是他盼望了20年多年的心愿，其灵感来源于亚利桑那大学一个同名的研究机构。但是，到目前为止，这一项目的开发显然有些停滞不前。然而，菲尔并非是个只想不做的狂热分子，他依旧会耐心地等待合适的时机，直到人们打从心底地认可这一想法。仿生人: 不小心跌入“恐怖谷”当机器人专家不遗余力地将仿生人设计、发展得尽可能接近真人时，却不期遭遇完美幻想与真实的最后屏障。 与人类的相似性森政弘1970年“恐怖谷”理论示意图的简化版，引译自大阪大学教授麦克多曼2005年发表的文章。依据森政弘的

9、想法，机器人的运动可以夸大“恐怖谷”的效果，使人们对“恐怖谷”外的机器人更加喜爱，对“恐怖谷”内的机器人更加恐惧。且森政弘认为，这种“恐怖谷”效应不仅适于解释机器人与人类的相似性，也可以在其中找到假肢、还魂僵尸、日本文乐戏木偶等形象的位置。周星驰执导的电影西游降魔篇中，“猪刚鬣”出场时是以“美男子”形象示人的，不明所以的花痴女孩甚至被其美貌所吸引；而当其开口露出满口獠牙时，面目立时狰狞可怖。此时，不止影片中两位客官被吓破了胆，就连置身事外的观众都直呼“太恐怖”“被吓到了”。就事论事地说，张口前后的“猪刚鬣”不过多了一副獠牙，为何前后给人的感觉落差如此之大呢？原来，当人们看到满嘴獠牙的“猪刚鬣”

10、时，已经不小心跌入了“恐怖谷”。“似人非人”最恐怖“恐怖谷”一词最早由德国心理学家恩斯特詹池（Ernst Jentsch）在其1906年的论文恐怖谷心理学中提出，后来他的观点被弗洛伊德在1919年的论文恐怖谷中阐述，一举成为著名理论。1970年，日本机器人专家森政弘诠释“恐怖谷理论”，用以说明存在于类人机器人（亦称“仿生人”）中的奇怪现象：当机器人与人类相似度达到95%的时候，哪怕它与人类有一点点的差别，都会显得非常显眼，整个机器人显得非常僵硬恐怖。这些细微的差别给人的心理造成了怎样的冲击？詹池在其论文恐怖谷心理学中讨论了自动化机器和蜡像造成人们恐惧的原因。他认为，人们的高度恐惧感来自于一种高

11、度的不确定性它们究竟是不是“活的”？弗洛伊德则认为，人们之所以感到莫名的不适或恐惧，是因为其中包含了人们在无意识层面对死亡的恐惧。中国科学院心理研究所研究员张侃在接受中国科学报记者采访时分析指出，恐怖谷理论的要义在于：似是而非是最可怕的。为什么呢？“似人而非人”最能使人联想到死尸、鬼怪、严重病态的精神病人等，人们在生活中对这些充满恐惧。张侃告诉记者，脑功能实验也证明人们看到“似人非人”的仿生人时，与单纯看到人或者机器不同，此时人脑中会有多处兴奋活动，这说明人脑中正在进行复杂的加工。根据森政弘的理论，恐怖谷就是随着机器人到达“接近人类”程度的时候，人类好感度突然下降的范围，形成一个“深谷”，而当

12、人们看到会活动的类人体比看到静止类人体时，“深谷”变动的幅度更大。华夏心理网心理咨询师荀炎受访中国科学报时指出：“引起人们反感的是不像人的那一小部分，到底不像在哪儿？这个很重要。”她说，最不像的那部分，会作为符号或者线索，激发连接人们原始恐惧的那根神经。荀炎说，作为激发原始恐惧的一种手法，这些线索正是“不像人的那部分”，这部分在某些形态上具有死亡的印记。陷入“恐怖谷”的仿生人正因如此，人们在制造机器人时，为了避免机器人陷入“恐怖谷”，仅让机器人具有一些类人的特征，在外表上很容易与人区分开，从而将机器人限制在曲线的第一个峰值前。“手段其实有很多，比如在机器人大小比例、着装上下些功夫，用这些讯息告

13、知使用者或观众，这只是一个机器人，“恐怖谷”效应就自动消失了。”张侃说，跟机器打交道的时候，人们是很有信心的。可惜的是，研究者更愿意追求与真人一模一样。今年2月英国制造出了第一个仿生人，取名为Rex。据称Rex拥有人工血液循环系统，以及人工的胰腺、肾脏、脾脏和气管等，Rex的“人工眼”甚至能够自动对焦。长期以来，仿生人在科幻和机器人研究中一直占有重要地位。在机器人研究和科幻作品中，未来的仿人机器人不仅具有拟人的外貌、动作、行走和语音，还具有拟人的情感，甚至能与人类进行智能交互。只是，目前这种仿生人还只存在于科幻作品中。其原因之一就在于，“表情机器人”要跨越“恐怖谷”，还有很长的路要走。中国科学

14、院合肥智能机械研究所仿生感知与控制研究中心研究人员表示，为了获得人类的最大好感，机器人必须克服“恐怖谷”，利用几乎完全类似人的外表和行为活动达到曲线的第二个峰值，而这对研制表情机器人而言是巨大的挑战。美国著名心理学家阿尔伯特梅拉宾（Albert Mehrabian）研究发现，人在进行情感表达时，语言只表达7%的内容，声调也只能表达38%的内容，其余55%的内容全靠人的表情与动作来表达。“实际上表情机器人，更容易出现恐怖谷效应。”张侃说，人的表情很难模仿的：“人激动的时候，面部肌肉会颤抖，仅仅颤抖这个动作，就可能牵动上百块面部肌肉，而如果有一块肌肉不动，人们马上就觉得非常奇怪。”仿生感知与控制研

15、究中心的研究人员也指出，仿生人表情的变化过程更能引起人的注意，如果太快或太慢，都会引起人的反感。值得注意的是，儿童似乎对恐怖谷效应更敏感。英国心理学家萨拉伍兹把各种各样的机器人形象呈献给儿童看，结果发现近似于人的形象会引起儿童的反感，孩子们会认为那些形象是带有攻击性的；而另一些机械化的机器人则被认为是比较友好的。伍兹建议，要给儿童设计机器人，“最好别那么像人”。逃离“恐怖谷”面对“恐怖谷”，人们并非无能为力。除了把机器人和动画人物细节做得更逼真之外，设计者也尝试用其他方法去避免“恐怖谷”。索尼图片工作室的设计人员肯麦克唐纳提出，改变动画人物的身体比例和结构，可以有效避免陷入“恐怖谷”。他们把这

16、个原则用在作品指环王中。麦克唐纳指出，指环王中的“咕噜”眼睛很大，脸的形状不似人类，这样，观众会下意识地告诉自己“这不是人类，没必要用人类的标准衡量他”，于是“恐怖谷”效应就削弱了很多。另一方面，在研究领域，人们对“恐怖谷”的批判一直存在。一些机器人相关领域的研究者对“恐怖谷”理论提出了直接批判。例如斯坦福大学计算机系研究者伦费德考指出，机器人与人类的相似性可能并不像“恐怖谷”理论假设的那样是一个单一的维度，而是需要从多个维度进行衡量的。也有研究者质疑所谓“恐怖谷”其实应当是一个“恐怖崖”，即人造形象一旦陷入“恐怖谷”，随着它与人类相似程度的进一步提高，人们所感知到的亲近程度其实不一定有显著提

17、升。而机器人专家大卫汉森指出了更重要的问题：“森政弘先生提出恐怖谷理论其实只是作为一种思考，并非真正的科学理论。但他把它画成一个图，这就让它看起来更科学化了”总而言之，截止到今天，研究者们仍然对“恐怖谷”理论感到困惑。从现有研究看来，正如受聘于“人类与机器人计划”的研究者萨拉基斯勒所言，“有证据表明恐怖谷存在，也有证据表明它不存在。”也许这只能说明在“恐怖谷”背后还存在着一些更为复杂的问题。2050年的人类：超人当家拥有一个仿生肢的贝托尔特迈耶博士与仿生机器人“雷克斯” 随着机器人技术的不断发展，人们可以从外部世界获得更多辅助设备，让自己迅速变身为“超人”。在未来的超人世界里，残疾人将是那些没

18、有安装仿生器官的人。与此同时，人类也需要制定一套更高的伦理标准来约束“超人”的行为。英国卫报近日对此进行了报道。瑞士苏黎世大学的心理学家贝托尔特迈耶是英国第四频道纪录片如何制造一个仿生人的制片人。天生没有左手的他，现在身上配备了一个价值3万英镑且仅由一个iPhone应用程序就可对其进行操控的仿生肢，其让我们得以管窥机器人技术领域的最新成果。我们不禁心生疑问，随着机器人技术的不断发展，未来每个人都会希望拥有同样的仿生肢吗？一旦这一切发生，会出现什么后果呢？如何对其进行管理呢？人人都有望变成“超人”此前，迈耶一直没有被看成是完整的人。天生没有左手的他在少年时代一直戴着一个铁钩，该铁钩同一个设计精巧

19、的滑轮和挽具相连。迈耶说：“为了打开这个铁钩并用它抓住东西，我必须使劲弯曲我的肩膀。挽具也非常不方便，为了不让它摩擦并弄痛我的皮肤，一年四季我都必须多穿一件T恤，弄得我总是流汗不止。”19岁时，迈耶用一款肌电义肢换下了铁钩，该义肢拥有更具真实感的塑料手臂，肌电义肢可将他残缺的左手隐藏起来。他解释说：“这不仅仅是美不美的问题。铁钩就像一块烙印，人们认为它丑陋且怪异，会不断关注它，这种挥之不去的羞耻感让我寝食难安。”2009年，随着迈耶给自己安装了一支仿生手，这种羞耻感也烟消云散。该仿生手由苏格兰触觉仿生科技公司研制，是目前世界上最棒的仿生义肢，其拥有一个铝制的底盘以及24种不同的抓取模式，迈耶只

20、需按压一下iPhone手机上的一款应用程序就可选择一套新手势。迈耶说：“这是第一款兼具工程学和美学的义肢，它已经成为我身体的一部分，我为此感到自豪。”现在，迈耶俨然已成为“超人世界”的形象代言人。超人主义（后人文主义）涵盖了从仿生义肢到能增强记忆的神经植入物再到能延缓衰老的基因疗法，涉及到了很多能快速突破人类表现局限的技术和药物。未来的义肢将嵌入我们的皮肤内而非露在皮肤外让人一览无余。运动员们也能用3D打印机制造出同自己的身体完美契合的新义肢，或者当自己身体的某部分衰老不堪时，自己培育出替代品。正如英国牛津大学人类未来研究院院长、哲学教授、超人主义者尼克博斯特罗姆所说的那样，超人主义“挑战了人

21、之所以成为人的前提。我很清楚为什么有人会希望自己变成超人，这样一来，他们拥有的超强能力可以让自己更健康长寿。我相信，很多人内心可能都存在着这样一种深切的渴望。”“聪明药”莫达非尼片 超人技术改变人的定义尽管包括移植器官以替代功能失调的肝脏和肾脏、注射疫苗来提升免疫能力等医学干预手段已被社会广泛接受，然而，有些手段仍然需要获得公众颁发的伦理许可证。尤其是某些增强方法被认为是为了虚荣或可能损伤健康时，更需要考虑到这一点，比如标准的硅胶乳房植入物等。而且，还存在其他问题，一款仿生肢售价3万美元，而一颗人工心脏可能会从你口袋中卷走7万美元，但是高昂的价格就会让某些人“望洋兴叹”。另外，让一只失明的眼睛

22、接受“标注外”药物比如利他林（Ritalin，起初用于治疗注意力缺陷障碍症患者，现在越来越多人用它来增强认知表现）这一做法是否适宜也是个问题。现在，仿生手只是真实手的替代品，它们能抓取和操纵物体，但没有感觉。但是，如果未来我们能让仿生手拥有触觉的同时也拥有增强人类表现的能力会如何呢？此时此刻，答案几乎毋庸置疑：当然不愿意。但随着越来越多人开始接受甚至享受超人技术以及它们提供的让人类变得更健康更能干的各种机会，人们的态度可能会发生变化。苏格兰西部大学创意未来研究所总监、该校伦理和新兴技术教授安迪米亚表示：“关键在于，这些技术不仅仅是修复我们，而是使我们变得更好。人类表现增强市场会揭示我们的生物环

23、境真相我们都是残疾人，这就是为什么人类增强技术和方法能存在并很可能变得越来越受欢迎的原因。”这些技术正在改变我们对于人和残疾的定义，最有说服力的一个例子来自于体育界。2012年，当南非“刀锋战士”奥斯卡皮斯托瑞斯披挂一双碳纤维刀片，同很多健康的运动员同台竞争时，他就不再是一名残疾运动员，而是让我们惊鸿一瞥的“未来超人”。在未来那个“超人当道”的世界里，在仿生学或性能增强药物的帮助下，残奥会选手将会创造我们现在无法想象的记录。此时此刻，这样的增强被认为是不公平的，而且，那些千方百计规避兴奋剂检查的运动员一旦查出，会落个名败身裂的下场。但是，在一个充满了超人的未来世界里，每个人都可以获得和使用这些

24、技术，这样的反对之声或许都会变成浮云。药物增强大行其道 严格监管不可或缺然而，仿生学并非唯一能改变人的健康状况和表现的技术。例如，为了获得更好的认知表现，很多人正在使用莫达非尼（Modafinil，俗称“聪明药”，有助于提高精神兴奋程度，增强注意力）；另外一些人则定期服用新型抗抑郁药物选择性五羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs），其中包括抗忧郁药物赛乐特（Paxil）、抗抑郁药物左洛复（Zoloft）等以调节情绪和幸福感。这些药物是新一代神经增强的开创者，也是人们希望能更快获得更高智力的捷径，而且，所有这些药物面临的社会尴尬也更少。想象一下美国著名演员布莱德利库珀在电影永无止境中的遭遇吧。该电影讲

25、述的是库珀饰演的男主角利用药物来提高大脑工作效率，虽获成功，却有各种副作用，同时也引来了杀身之祸。瑞士是很多此类技术和治疗方法的发源地和领先者，不过，现在，瑞士公众也开始担心这些药物对人的健康和伦理方面带来的影响，因此，很多人都大力呼吁要对这些药物的使用情况进行更加严格的监管。目前，有三种监管方案已经提交给了瑞士的立法机构，其中一些方案集中在对瑞士诺华公司研制的利他林的使用情况进行监管。今年6月份，瑞士公共健康服务部门报告称，2005年到2008年，青少年滥用利他林的人数已增加了40%；而且，在美国，服用药品核准标示外药物的高中生和大学生也与日递增。人们也担心，随着制药公司试图将社会病理学重新

26、定义为可治疗的精神疾病，并且不遗余力地向消费者推广这些疗法，服用抗抑郁药物的人数还会飙升。运动员滥用同化激素（Anabolicsteroid，亦称蛋白同化激素，是一种能促进细胞生长与分化，扩增肌肉，甚至使骨头的强度与大小增加的甾体激素）和其他性能增强型补充剂也一直深受关注。而且，这些技术开始混淆疾病和最健康状态之间的区别，使人们越来越难区分正常和非正常。最近为瑞士技术评估中心撰写人类增强的机遇和风险一书的作者安妮埃克哈特表示：“这不仅仅与人的性能增强有关，它也与医学及修改疾病和残疾的定义有关。”人工心脏 仅仅只是技术和时间问题就像齐格弗里德（德国民间史诗尼贝龙根之歌中的英雄人物）通过吸食龙血获

27、得超能力一样，人们也一直梦想通过各种途径获得超能力。但通过操控外部环境，比如通过穿上一双耐克鞋或搭乘飞机实现日行千里并不足够，现在，性能增强越来越强调对身体和思想本身进行再次改造。博斯特罗姆表示：“在很远的未来，技术将超越我们的生物属性，但我们也不会低估到达那个时刻所面临的诸多技术挑战。”迈耶也同意这一说法。他表示，自从拥有这样的仿生手后，过去无法想象的一些动作，比如一手推着皮箱通过免税店，一手拿着手机打电话，现在完全可以轻松自如地完成。然而，尽管这个仿生手已经使他摒弃了自己的无能感和羞耻感，他也并没有将自己看成是超人。迈耶说：“这是一个标准问题。同正常的人类标准相比较，我并非超人，但与我自己的标准相比较，我就是一个超人。”尽管目前这个“超人当道”的未来距离我们仍然很远，但不断涌现的新兴技术也让我们拥有了很多以前无法现象的能力。迈耶现在佩戴的是第四代仿生手，在英国第4频道拍摄这部纪录片的过程中，