施一公,结构生物学家,中国科学院院士、欧洲分子生物学学会外籍会士、美国国家科学院外籍院士、美国艺术与科学院外籍院士,清华大学教授,曾任清华大学副校长。现任中国科学技术协会第十届全国委员会副主席,西湖大学校长,清华大学生命科学与医学研究院院长、欧美同学会副会长。
施一公先生在未来大会上的演讲内容:
宇宙的年龄到现在已经138亿年,但是你可能想象不到,我们宇宙的半径是465亿光年,也就是说宇宙的形成,空间扩展的速度远远大于光在138亿年中可以旅行的距离的两倍,这是不可思议。到现在为止只有爱因斯坦广义相对论可以解释。
这138亿年宇宙长河中,太阳系只存在46亿年,大概三分之一的时间,其中地球上的生命大约是35亿年,如果我们从最简单的生命开始算起。但是这里35亿年里,恐龙居然统治地球长达将近2亿年,很了不起。我们人类,如果看着像人,长的像人,直立行走只有40、50万年。
如果你把宇宙史同比缩短为一个月,那么太阳系只存在了十天,恐龙统治地球长达8小时,人类看着像人长着像人只有一分钟,人类文明一秒钟,这一秒钟人类给这个世界造成了不可思议的变化。我们不用举600多年前郑和下西洋的故事,这个当时很了不起。这个例子不用再这儿仔细讨论,那就是1977年美国发射了Voyager1和voyager2两颗宇宙深空探测飞船,经历了36年,飞行了将近130个天文单位200亿公里已经到了太阳系的边缘。 你能想像吗,现在Voyager1每次给地球发来电磁信号以光速传播到地球需要18.5个小时,也就是说,它又旅行了很久很久。我们再有十年,不会再接受到Voyager1的信号,因为Voyager1会死掉,它的电池会死掉。它带给人类的文明以各种形式文字记载的文明会在2万年之后到达地球远处的第一颗行星。我们的Voyager1正在实现星际穿越,可惜它没有找到虫洞(wormhole)。
大家不要以为我在忽悠你,这是2010年欧洲空间局公布的,宇宙的第一张全景图,这张全景图中间有一条白线,左边起三分之一处有一个白点,那就是我们所在的,所谓的银河系,你知道宇宙有多浩渺?宇宙中有2000亿银河系中星系,每一个银河系有2000个像太阳系的星系,在太阳系中地球是微不足道,我们占的质量不到0.05%。就是在这样一个星球上我们试图理解这个宇宙这个世界,我们试图谈论未来,我们试图理解我们周围看到的是什么,讲我们的IT和生命科学。
这是太阳,用一种特殊照相机拍摄下来的太阳,你看到的蓝绿色高达1000万摄氏度,想一想为什么可以有几千万度的高温却又绝对零度-273.15度,你给我解释一下,我觉得这都是未来需要解决的。
慧星,在去年人类第一次登上慧星,很了不起,当然不是人类亲自上去,是机器人上去,是慧星探测器上去。
这是从宇宙深空给北冰洋上空照相。如果你地理学的好,你能找到美国和俄罗斯。
这幅图象很美好,我觉得是最美妙的一幅图案。是阿波罗八号飞船,略过远地点,从月亮另一侧给地球照相,你看到地球在冉冉升起,在一片白色的月球表面,这个照片有一个名字叫”地出”(Earthrise)。
其实来自细胞和蛋白的微观的美也非常美好。大家看到夏威夷海滩,完全用各种颜色的绿色荧光蛋白传染大肠杆菌用细菌画出的图象,我们可以标记细胞,写出钱永健先生实验室”TSIEN LAB”。这里我们标志果蝇,研究药物代谢,像我这样的结构生物学家还可以解出结构来,这是绿色荧光蛋白空间三维结构。它发光基团来自于三个氨基酸缩写,是我喜欢的,因为正好是施一公(SYG),在高度舒适的情况下,三个氨基酸化学反应产生的人类已知第一个非外源性有机发光基团。
我预测在地球上存在不少于100万种有机发光基团,我们只知道其中的不到十个。我们人类创业能力是非常非常有限的,很难发掘出来。为啥发掘不出来,你不需要去听饶毅的脑科学,也不用去听IT,永远赶不上。因为我们在已知的世界用已知的手段探索未知,我们所谓的未知都是已知世界里还没有看到的东西。在我们已知世界之外,你可以想像我们有很多东西不知道。
你可以用绿色荧光蛋白画出人类进化树,可以做一些图像,可以给爱因斯坦照相不是画像,我就不解释细节了。你也可以再往前走一步,我演讲之前的幻灯片很精彩,原子、电子之外是什么,你可以想一想。
一个基本单元叫核小体,在座的每一位你的基本遗传单元都是146个碱基率,包括8个组蛋白所形成的这样一个核小体。这是我自己的实验室,再回到清华以后第一次看到一个所谓凋亡小体,一个细胞在凋亡之前在死亡之前形成的结构。这里就不做科普了,也不讲我们人类如何改变世界,通过一些药物的发现,让人类的寿命得到延长,也没有时间讲干细胞,我想我的时间已经到了。
最后两张幻灯片我给你发挥一下,我多用两分钟的时间讲一讲,我们人类为什么很难,甚至不可能了解已知世界之外的一些东西,因为就是我们现在用的手段的问题。
我也告诉大家,我觉得我们现在了解的世界不是客观的,大家一定觉得说施一公怎么在台上胡说八道。那么我来说服你,为什么是这样。我首先说几个大家已经知道的事实,第一条,你用眼睛能看到的东西,能感受到的能量存在形式加在一起,只不过是我们这个宇宙空间4%的存在形式,也就是说96%你既看不到也感觉不到,但都是是客观存在。这96%里,绝大部分是能量存在形式,但是有23%是叫暗物质(Dark Matter)。你知道吗?我给你一个不是预测,是事实,当我在这儿演讲的时候你坐在下面听,大量成吨重的暗物质穿过你的身体,穿身而过,你没有听错,你觉得我在瞎说吗,我告诉你这是事实。但你想这和我们物理原理是违背的,因为物理说两个物质不可能在同一个空间存在,暗物质怎么可能一堆暗物质穿过你的脑袋身体穿身而过,原因非常简单,暗物质和我们身体没有强相互作用,没有电磁力,它只有弱相互作用,还是预测的,它只有万有引力。如果说没有电磁力的时候,我们就失去了对世界所有的感知,我们对世界所有的感知从现在到未来都离不开电磁力,包括你看到我是电磁相互作用。你没有听错。
我们所谓五种感官,你想想我们靠什么感知世界?我们靠嗅觉、触觉、味觉、听觉和视觉。我告诉你从生物角度是什么东西,嗅觉凭的是嗅觉受器(Olfactory Receptor),不过区区400种嗅觉受器,很简单,400种蛋白。触觉,是100多种离子通道 (Ion Channel)和G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor)。味觉更是如此,离子通道蛋白和受体,不过是几十种。这三种感官加在一起,区区600种蛋白就都照顾过来了。听觉需要声波,也就是需要空气,而宇宙的平均质量平均密度是什么吗?是每4立方米一个氢原子,宇宙中的存在形式你是听不到的。我们只是在地球上,可以有声波,靠中耳的一个小的结构,你可以听到声音,其实是微不足道对感知世界,我们感知世界靠的是什么呢?最主要靠的是视觉,叫眼见为实。什么叫视觉呢?是视网膜细胞对电磁波的感受,而且很窄的一个波段,多窄?390纳米到700纳米,窄的不能再窄了。你意识到了吗?X射线也是电磁波,只不过波段太短,人类看不到。你们知道吗?蜜蜂很了不起,可以看到近紫外和远紫外,你以为蜜蜂采密看到是鲜花,它看不到鲜花,而是看到的紫外,看到花蕊的紫外。你别小看金鱼,金鱼可以看到远红外还有近紫外。其实这些生物,它们的感知世界和我们的是完全不一样的。你敢保证两个人对红色的感觉是一样的吗?我认为是不一样的,你怎么证明给我看,你证明不了。其实,我们看到的是完全是主观世界,没有所谓的客观世界,它不存在。你可以想象一下,我们凭藉这么简单的,加在一起不超过1000种蛋白的生物体去感知世界,哪来的客观世界?你告诉我。我觉得我们的未来挑战是如何感知到我们用很有限的已知手段之内的一些方法,能感受到探索已知世界之外的东西,我们如何去做?我觉得这是我们的挑战。
我们人类对五种感官的限制,我最后一分钟说一说包括时空定义的形式的限制和信息的限制,我告诉你,我今天在这儿演讲,你认为我演讲完了信息消失了吗?没有,因为很简单,如果光天化日我在大街上走道,超光速追踪,十年之前你一定可以看到我的演讲。加了屋顶这个形式存在,信息一定不会消失。怎么存在形式,这种存在形式是什么?我不知道。我觉得我们需要探讨,这是未来。我认为很可怕的,包括时空,我们有时间吗?你说有,对不起,我觉得一定是没有的。其实没有时间概念,宇宙中从来不存在时间,时间就是运动。你想想,从大爆炸(Big Bang)开始,我们在地球上定义,地球围绕太阳公转一圈叫一年,它叫运动,它不是时间。一天是地球自转一圈24小时我们管它叫时间,地球上本来没有时间,我们现在想象一个虚无飘渺的维度,不是这样的,时间也是一个运动的维度,时间就是空间。爱因斯坦在一百年前之前已经理解的很精深,可惜现在我还在试图理解爱因斯坦怎么想的,我认为很精彩。
我最后一句话是:未来令人兴奋和激动,需要我们所有的振奋和热情去探索未来,我希望探索未来能取得伟大的成功。
谢谢!