Edge年度问题：你认为当前最重要的科学新发现是什么
在过去的几年里，这些科学话题成为各大媒体争相报道的热点：分子生物学、人工智能、人造生命、混沌理论、大型并行计算、神经网络、宇宙膨胀、分形、复杂自适应系统、超弦理论、生物多样性、纳米技术、人类基因组、专家系统、间断平衡论、细胞自动机、模糊逻辑、空间生态圈、盖亚假说、虚拟现实、网络空间和超级计算机等。与之前的科学研究不同的是，“第三种文化”取得的成果不仅成为名流阶层的谈资，而且影响着我们生活的方方面面。
如果你认为上述科学话题是本书要讨论的“Edge年度问题”，那你就错了。这些研究方向是我于1991年9月19日发表在《洛杉矶时报》上的文章《第三种文化》的重要内容。这篇文章包含了史蒂芬·杰伊·古尔德（Stephen Jay Gould）、默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）、理查德·道金斯（Richard Dawkins）(1)、丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）(2)、贾雷德·戴蒙德（Jared Diamond）(3)、斯图尔特·考夫曼（Stuart Kauffman）、尼古拉斯·汉弗莱（Nicholas Humphrey）和其他杰出专家学者的研究成果。这篇文章提到，通过努力工作和发表文章，部分专家学者在呈现生命深层次的含义和重新理解人类自身等方面正在取代传统的知识分子。文章还写道：
以前的“科学”逐渐变成了“大众文化”。斯图尔特·布兰德（Stewart Brand）曾写道：“科学是唯一的新闻。然而，当我们阅读报纸和杂志时便会发现，大家仍旧只关注流言八卦，而对政治与经济始终缺乏关注。如果我们了解科学，就可以预测技术的发展。虽然人类自身没有太多改变，但科学的发展日新月异，推动着世界一直向前迈进。”当前最大的变量就是世界的变化速度。
就算科学不是“大新闻”，也将逐渐成为大新闻，而且是永葆新意的新闻。
《第三种文化》这篇文章中提到的科学研究逐渐成为现实。而在这之后，又涌现出了互联网、社交媒体、移动通信、深度学习和大数据。是时候更新这个科学话题的清单了。
THE COGNITIVE AND DATA REVOLUTIONS WARN US NOT TO BASE OUR ASSESSMENT OF ANYTHING ON SUBJECTIVE IMPRESSIONS OR CHERRY-PICKED INCIDENTS.
认知和数据上的改变告诉我们，不应基于主观感受和片面乐观的情绪来评判任何事物。
——史蒂芬·平克，《量化人类所取得的进步》
01 HUMAN PROGRESS QUANTIFIED 量化人类所取得的进步
Steven Pinker
史蒂芬·平克
哈佛大学教授；著有《语言本能》《思想本质》《心智探奇》《白板》《当下的启蒙》(4)等。
众所周知，依靠人类的直觉来解决问题相当不可靠。半个世纪以来，心理学研究证明，当人们试图评估风险或预测未来时，往往会墨守成规，头脑被某些值得纪念的事情、记忆犹新的画面或者道德教条占据。
幸运的是，随着认知缺陷逐渐成为共识，客观的数据越来越受到人们的重视。在生活的各个方面，人们正在用量化分析取代直觉。体育运动被畅销书《魔球》（Moneyball）(5)彻底改变；政策制定则深受助推理论的影响；我们开始从权威网站获取可靠的信息；比分预测主要基于比赛和市场预测。利他主义正在深刻地改变着慈善事业。在医疗行业当中，循证医学（evidence-based medicine）已成为主流。
这些新闻听起来都很有趣，不是吗？无论是基于认知学的诊断，还是基于数据科学的治疗，它们都属于科学新闻。最令人感兴趣的新闻是，对于生命的量化分析促使我们审视最根本的问题：人类有没有进步？对抗熵增原理以及在竞争激烈的进化过程中付出的共同努力是否让人类自身变得更好了？
启蒙运动时期的思想家认为，这是有可能发生的。在维多利亚时期（1837—1901年），进步成为当时英美学派的主流思想，但自此之后，浪漫主义和反启蒙悲观主义成为主流思想，两次世界大战等重大历史事件及20世纪60年代后期大众对环境污染和不平等现象这些关乎人类自身命运的问题的担忧也加速了这一进程。现在，我们经常会看到“信仰”这个词（虽然多数情况下都显得比较天真），它既反映了人们对美好过去的留恋、对当下不景气现状的反思，也表达了对将来反乌托邦浪潮的恐慌。
然而，认知和数据上的改变告诉我们，不应基于主观感受和片面乐观的情绪来评判任何事物。只要负面事件没有全部消亡，我们总能在新闻中反复看到，而这又会导致我们觉得世界正变得越来越糟。防止产生这种感觉的唯一方法就是，按照时间先后标记出正面事件和负面事件的发生概率。绝大部分人都同意：生好于死，健康好于疾病，繁荣好于萧条，和平好于冲突，自由好于控制。这些价值观是我们衡量人类是否有实质性进步的标尺。
令人感兴趣的是，对于“是否有实质性进步”这一问题，答案基本上是“有”。我第一次意识到这个问题是在2007年。当时，Edge网站提出了一个问题：你对什么感到乐观？量化历史学家和政治学家用数据证明，随着时间的推移，由杀戮和战争导致的死亡率将呈直线下降的趋势。从那时开始，我就意识到已经有学者以不同的方式来衡量人类的进步了。格雷戈里·克拉克（Gregory Clark）、安格斯·迪顿（Angus Deaton）、查尔斯·肯尼（Charles Kenny）和斯蒂芬·拉德勒（Steven Radelet）等经济历史学家和学者已经通过丰富的数据估算了社会发展的增长率，而且一些网站将这些数据进行了图像化处理，这类网站有汉斯·罗斯林（Hans Rosling）设计的在线互动图表数据平台Gapminder、马克斯·罗泽（Max Roser）设计的数据平台Our World in Data，以及马里安·图皮（Marian Tupy）设计的图表数据平台HumanProgress。
不过，也有一些事件的发生率呈直线上升的趋势，比如人们的寿命变得越来越长，身体也越来越健康。这种现象并不仅仅发生在发达国家，全世界所有国家都是如此。10多种传染病和因寄生虫引起的疾病已经或即将被消灭；儿童的入学率和拥有学习及阅读条件的比例大幅度上升；世界范围内极端贫困人群的比例从85%降至10%；虽然局部地区的民主进程出现了倒退，但从整体上来说，世界比以前变得更加民主了；女性的受教育程度得到提高，平均结婚年龄升高了，收入增加了，她们的力量和影响力也日渐增大；相比于历史数据，种族歧视与仇恨导致的犯罪率也呈下降趋势；同时，人类变得越来越聪明；在所有国家，人们的平均智商在过去20年里提高了3%。
当然，量化分析领域取得的进步都是基于一系列实验发现，而非故弄玄虚或者空想所致。我们也期待找到一些变化不大，或变得更差，甚至难以量化分析的领域，如各种臆想的启示等。人类面临的问题仍然有很多，例如，温室气体增多、水资源受到污染、物种灭绝，以及大范围存在的核武器。
即便如此，量化分析仍然可以改变我们对自身的理解。斯图尔特·布兰德、杰西·奥苏贝尔（Jesse Ausubel）和露丝·德弗里斯（Ruth DeFries）等生态现代主义者（Ecomodernist）已经证明，在过去的半个世纪，环境卫生领域的许多指标都得到了改善。他们还证明，一些长期的历史进程应当得到鼓励和支持，比如，能源的去碳化、消费的去物质化以及耕地的最小化等。对核武器的观察表明，自从日本长崎事件之后，核武器就再也没有被使用过，核试验也已基本消失。到目前为止，仅有9个国家拥有核武器（20世纪60年代的一项预测认为，拥有核武器的国家将会超过30个），17个国家已宣布放弃核计划，武器的数量减少了5/6，这意味着发生持械盗窃或砍杀事故的概率以及实现全球无核化所面临的障碍减少了5/6。
这一切为什么至关重要呢？首先，量化人类的进步可以帮助我们分析和调整现有的政策和行为。我们现在所享受的由进步带来的福利要归功于过去200多年建立的各种制度和行为准则，包括动机、科学、技术、教育、技能、民主、规范市场，以及对人权和人类繁荣的道德承诺。反启蒙评论家一直坚持认为，这些成就并不一定会让我们变得更好。而现在我们知道，这些成就已经让我们变得更好了。这意味着，即使现在我们离理想的社会还有很长的路要走，但制度和行为准则已经让我们走上了正确的方向。我们应当致力于改进这些制度和行为准则，而不是像某些人那样，因为深信当前人类已经无可救药，浴火重生是唯一的出路，而四处制造破坏。
此外，量化人类的进步也给了我们追求进步的勇气。激进分子普遍认为，应当打压所有乐观的事实以免让人们变得自满，人们应当始终沉浸在面对各种危机的哀号，以及对尚未觉醒者的责骂当中。我认为，这可能会导致另一种危机：宿命论。当被告知我们会永远贫穷，上天会惩罚我们的狂妄自大，大自然会报复我们的掠夺，以及核武器大毁灭和气候大灾害日渐逼近时，我们就会很自然地得出及时行乐的结论。数据可以分析出影响进步曲线走向的各种因素，这样我们就可以运用这些因素让进步朝着正确的方向发展。
02
DOING MORE WITH LESS
事半功倍
弗里曼·戴森（Freeman Dyson）
著名理论物理学家；著有《天地之梦》（Dreams of Earth and Sky）。
我们这个时代有一位先驱科学家，他的名字叫作彼得·范·多库姆（Pieter van Dokkum），是耶鲁大学的天文学教授。他写了一本关于昆虫的书——《蜻蜓》（Dragonflies），该书收录了他在自然栖息地拍摄的很多种蜻蜓的照片。作为一名天文学家，他还致力于制造另一种形式的“蜻蜓”，那就是蜻蜓长焦阵列望远镜（Dragonfly Telephoto Array），它由10个16英寸（约40.6厘米）的折射望远镜以类似于蜻蜓复眼的方式组合而成。折射透镜表面镀有光学膜，这种光学膜让折射透镜具备了超高的灵敏度，可以用于观测宇宙中的扩展暗物质，而且在这方面的观测上，蜻蜓长焦阵列望远镜的灵敏度是最好的大型望远镜的10倍，而成本仅是其千分之一——10个折射透镜的成本总计约为10万美元，而一架大型望远镜的成本一般为1亿美元。
蜻蜓长焦阵列望远镜在后发座星系团中发现了47个银河系大小的超扩散星系。这一结果比计算机模拟的星系演化模型预期的要多。每一个这样的星系都被暗物质光晕包围着，通过观测和比较各个恒星之间的速度差异，我们可以区分出这些暗物质的组成。这些星系包含的暗物质约是可见物质的100倍，而银河系的这一比例约为10:1。蜻蜓长焦阵列望远镜的观测结果向我们揭示了宇宙的另一面，它由暗物质团以十分精密的方式构成，这一结构比宇宙大爆炸标准理论预测的更呈块化。
这则新闻说明，经济、小型的望远镜也可以取得关于宇宙结构的重大发现。如果从科学回报与经济投入比例的角度来衡量望远镜的成本效益，蜻蜓长焦阵列望远镜将轻松获胜。当然，我们不应该把所有的经费都投放到小型望远镜上，我们仍然需要大型望远镜和大型机构来进行全球性的天文学研究。本文想表达的是，约1/3的天文学研究经费预算应当分配给小型和低成本的项目，这样一来，像蜻蜓长焦阵列望远镜这样的好项目才会经常涌现。
03
THE “SPECIALNESS” OF HUMANITY
人类的“独一无二”
库尔特·格雷（Kurt Gray）
心理学家，北卡罗来纳大学教堂山分校心理学教授。
人类总是一厢情愿地认为自己是独一无二的，处于宇宙的中心位置。不久之前，我们还坚信自己是神钟爱的创造物，被置于新创造的行星——地球上，而地球则被其他所有天体环绕；我们还坚信人类与其他动物是完全不同的，人类的智力是无法复制的。这些想法令我们感到愉悦，充满安全感，也因此很容易被广泛接受。然而，这些想法都是错误的。
哥白尼和伽利略发现，太阳才是太阳系的中心，而非地球；19世纪著名的地质学家查尔斯·莱尔（Charles Lyell）发现，地球比我们原本以为的要古老得多；达尔文发现，人类和其他动物并没有本质上的区别。所有这些科学发现都对“人类是独一无二的”这一观点提出了挑战。当然，即使人类只是一种具有更大额叶皮质的类人猿，我们也可以据此宣称人类是一种非常独特的生物。人类能够意识到生命之美，能够觉察到动植物、昆虫和细菌的多样性。然而，令人感到遗憾的是，最近的一项研究表明，世界上没有什么生物是独一无二的。
麻省理工学院的物理学家杰里米·英格兰（Jeremy England）认为，生命仅仅是热力学定律的必然产物。他认为，生命系统是消耗外部能量源的最佳方式，比如，细菌、甲壳虫和人类是消耗阳光最有效的方式。熵的过程意味着如果分子在加热灯下放置的时间足够长，就可以进行新陈代谢、运动和自我复制，也就是会具有“生命”，但这一过程可能需要几十亿年的时间。但是，根据这一观点，相比于借助外部能量移动和复制的非生物物理结构，比如，流水中的旋涡（由重力驱动）、沙漠中的沙丘（由风力驱动）等，生物并没有多么独特。英格兰的理论不仅模糊了生物与非生物的界限，而且进一步否定了人类的独特性。这一理论还表明，人类仅有的优势在于消耗能量（我们对此似乎乐此不疲）。这样的“独一无二”可能很难令人感到高兴吧？
04
2015 REVIEW OF GLOBAL ECOLOGY
2015年全球生态评估报告
斯图尔特·皮姆（Stuart Pimm）
杜克大学生态保护学荣誉教授；著有《皮姆眼中的世界》（The World According to Pimm）。
2015年，一篇评估报告带领我们经历了一次令人难忘的全球生态之旅。这篇报告内容翔实，评估了人类活动对生物多样性产生的影响。这正是我从事的研究领域。如同所有优秀的评估报告一样，这篇报告脉络清晰、内容全面，并且提出了针对后续研究的相关建议。虽然这篇报告引用了《自然》和《科学》杂志的部分内容，但大部分内容都不会令人感到陌生。然而，这并不是它可以成为重大新闻的原因，真正的原因在于它拥有12亿读者，这还不包括无法统计的那一部分；此外，它的引用次数远远超过了近期其他科学新闻的引用次数。这篇评估报告的标题是《保护我们共同的家园》（On Care for Our Common Home）。
此篇报告是如何描述生态的呢？“生态”这个词在报告中共出现了80次，“生物多样性”出现了12次，“生态系统”出现了25次。报告用了约1 400字的篇幅来描述生物多样性正在减少的趋势，这与《自然》杂志的投稿篇幅一致。
报告中关于生物多样性的部分是以这样一句话开头的：地球上的资源“正在被追求经济、商业和产品的短视行为掠夺”。报告还提出，采伐森林是物种减少的一个主要原因，物种的多样性对于食物、药品的来源等具有非常重要的意义，以及“不同物种具有的基因也许是以后若干年满足人类需求和减少环境问题的关键因素”。许多物种的灭绝引发了一系列道德问题，而对于这一方面的道德谴责尤为突出，即我们当前的行为限制了后代可运用的资源和可能的收获。
我们关于物种灭绝的绝大部分知识来自鸟类和哺乳动物。爱德华·威尔逊（E. O. Wilson）(6)曾写道：“若想生态系统发挥良好的作用，菌类、藻类、蠕虫、昆虫、爬行类动物和无数种类的微生物是必不可少的。虽然有些物种数量较少，一般很难用肉眼看见，但它们为保持特定地区的生态平衡发挥了关键性的作用。”这句话赞扬了统治世界的微生物。列出微生物的完整清单是没有意义的，威尔逊提出的这份简短的清单已足以体现它的洞察力和丰富的内涵。从复杂系统中去除某些部分可能会导致难以预料的后果，从生态系统中移除某些物种也是如此。
技术确实能带来好处，但这篇报告引用了多种数据来驳斥无限制的技术乐观主义：“我们似乎开始相信，通过人造的替代品来取代自然界本无法替代也无法还原的美是可行的。”我们不仅破坏了生物的栖息地，还对它们进行了分割。针对这一问题的解决办法是建立“生物走廊”。作者写道：“当我们对某些物种进行商业开发时，却很少研究它们的繁衍方式，致使这些物种的数量减少，最终导致生态系统失衡。”
虽然我们在建立陆地与海洋保护区方面已经取得了显著成就，但亚马孙河和刚果河流域这两处仅存的大片热带雨林区仍然存在隐忧——用人工种植的树木替代原始森林。从物种的角度来看，人工种植的树木要孱弱得多。过度捕捞和由此导致的污染正在不断降低海洋的可捕捞性；人类活动对大部分海域的海床造成了物理性破坏，并正在从根本上改变着这些区域的物种组成。报告的这部分内容以一则发表于《科学》杂志上的政策论坛的声明作为结尾，作者对此的建议是投入更多努力和资金。
我们需要在两个方面的研究上投入更多资金，第一是更全面地了解生态系统的功能，第二是对由环境的显著变化引发的各种后果进行细致的分析。所有的生物都相互关联，彼此依赖，因此，每一种生物都应该得到保护。这就意味着，我们应当对所有物种进行密切的观察，以便为濒临灭绝的物种提供周密的保护。
对于我所教授的研究生课程来说，这篇报告关于生物多样性的内容是一份很好的课程大纲。这部分涉及的内容和全球性话题令人印象深刻，所提到的研究和话题在当下很受关注。
这篇报告还花费了相当大的篇幅来讨论以下话题：环境污染、气候变化、水资源、城市化进程、社会不平等现象及其对环境的影响、技术带来的好处与挑战、代际平等以及全球和区域政策等。每一个话题都是关于全球生态的课程应该囊括的。不过，这并不是本篇报告成为重大新闻的真正原因，真正的原因是，它以毋庸置疑的态度强调了科学在塑造我们这一代人的道德选择上的重要意义。作者号召全世界的人民和所有科学家认识到生态问题的严重性，并尽快找到对应的解决方法。最后，作者以下面这段话回答了“我们应该如何做”这一问题。
虽然科学和宗教看待世界的角度各不相同，但它们可以展开对彼此都有重要意义的对话。考虑到生态危机的复杂性及其成因的多样性，我们必须意识到，解决问题的方法不会来自某一种解释或对社会某一方面的改变。如果我们真的愿意构建一个可以弥补已造成破坏的生态环境，就应该应用所有的科学和知识。
05
LEAKING, THINNING, SLIDING ICE
开裂、变薄、流动的冰川
劳伦斯·史密斯（Laurence Smith）
加州大学洛杉矶分校地理学教授和地理系主任，地球、行星及空间科学系教授；著有《2050人类大迁徙》(7)。
最近，一个科学话题同时引起了《纽约时报》《华尔街日报》《洛杉矶时报》和其他重要的全球性新闻媒体的关注。这一话题与世界上最大的冰川有关，所传达的信号非常不乐观。
通过前所未有的高清照片、实地测量和建模，我们发现，遥远的格陵兰岛和南极洲的冰川对全球的海岸线造成了严重影响。超过10亿人将受到重大影响，包括经济、生态系统和文化遗产等难以估计的方方面面，有些事物可能会被改变，有些可能会被取代，而有些甚至会消失。
以下这5项研究发现值得我们高度关注。
· 第一，南极大陆周围的浮动冰盖虽然没有直接对海平面造成影响，但在阻挡数十亿吨的冰川冰从南极大陆滑入海洋中起到了重要作用，而这些浮动冰盖正在变薄，对环境的保护能力正在降低。
· 第二，通过无人机、卫星和大量的实地勘测，我们发现，格陵兰岛的冰面上出现了很多冰川融水形成的河流。
· 第三，美国国家航空航天局（NASA）的一项名为“海洋冰川融化”（Oceans Melting Glaciers，简称OMG）的研究项目表明，由于海洋吸收了逐年增加的温室气体散发的绝大部分热量，海洋的水温正在升高。这一研究还表明，深入海洋的大型冰川的边缘部分正在从底部开始融化。
· 第四，科学家通过长期以来航拍的照片绘制出了20世纪以来格陵兰岛边缘冰川的消融轨迹。结果发现，冰川的流失速度正在加快。
· 第五，这一发现来自一项长期的研究，科学家运用高级计算机建模发现，如果我们继续燃烧所有已知的化石燃料，南极冰川将会在下一个千年完全消失。
第五项发现听起来有些令人难以置信，如果我们真的这样做，全球的海平面将上升61米。这是一个什么样的概念呢？整个大西洋沿岸、佛罗里达州和墨西哥湾沿岸的地区将从美国的版图上消失，洛杉矶和旧金山将成为孤岛。即使海平面仅上升1.5～3米，也会对现在的滨海地区及其人口造成严重影响。美国的纽约、纽瓦克、迈阿密和新奥尔良，印度的孟买和加尔各答，中国的广州、上海、深圳和天津的沿海地区，日本的东京、大阪、神户和名古屋，埃及的亚历山大，越南的海防和胡志明市，泰国的曼谷，孟加拉国的达卡，科特迪瓦的阿比让以及荷兰的阿姆斯特丹和鹿特丹都将受到影响。除了海平面上升，与之相伴的还有台风和海啸的增加（比如卡特里娜飓风和超级飓风桑迪），而这将导致私人企业和政府减少或不再向可能被淹没的地区提供保险服务。
总的来说，这些研究告诉我们4个引人注目且十分严峻的事实。
· 第一，冰盖存在洞窟。这意味着，因气候变暖导致不断加速的冰盖表层的融化，难以因重大事件或冰川内部水的重新结冰而扭转。
· 第二，在过去20年里，全球海平面的上升速度已经变为之前的两倍。当前海平面平均每年上升3.2毫米。同时，海平面的上升速度与冰盖的消融速度明显相关。
· 第三，海洋变暖会对漂浮冰川产生影响。
· 第四，因冰川融化导致的海平面上升正在不断加速，之前许多冰川学家对21世纪末海平面上升速度的预测过低（如果从现在开始严格控制温室气体的排放，海平面将上升0.3米；如果不控制，则会上升0.96米）。
海平面上升是客观存在的问题，而最终上升多少由你我决定。
06
GLACIERS
冰川
罗伯特·特里弗斯（Robert Trivers）
进化生物学家，罗格斯大学人类学和生物学教授；著有《生命：进化生物学家的探险》（Life: Adventures of an Evolutionary Biologist）。
当前，全球的冰川正在以前所未有的速度消融，而且会以前所未有的速度持续消融。努力在海平面比现在高5米的世界生存下去吧！
07
OUR COLLECTIVE BLIND SPOT
我们共同的盲点
珍妮弗·雅克特（Jennifer Jacquet）
纽约大学教授；著有《羞愧是必须的吗？》（Is Shame Necessary）。
到底谁该对人类造成的气候变化负责？科学家和新闻媒体正在寻找这一问题的答案，由此引出的责任问题也许会成为当下最重要的新闻。因为，谁造成的污染，谁就应当负责治理。
一开始，气候变化主要源自温室气体的排放。发达国家的排放量要远远高于发展中国家。后来，在21世纪的第一个10年，美国等国家的主要排放源变成个人消费者；在第二个10年，企业生产者成为公众关注的焦点，这不仅是因为它们在温室气体排放方面造成的影响，还在于它们在气候变化的观点上对公众的误导，以及对相应政治行动的干扰。
虽然之前我们认为，工厂应该对排放的污染物负责，比如有害废物等，但将排放温室气体的责任从需求方转移至供应方这件事是否公平，还有待讨论。近期，一些研究揭示，化石能源公司为了应对气候变化的相关研究结果，将更多的责任转嫁给生产方。自20世纪80年代后期开始，随着气候变化带来的危害逐渐显现出来，一些企业开始资助否认气候变化的科学研究，转而强调化石燃料的未来前景。这些行为在无形中影响了公众的判断。
据调查，有些企业对气候科学研究施加影响的一个原因是，与气候研究相关的学科以及交叉学科正在增多。心理学家首次建立了与气候相关联的社会科学，这一下成了头条新闻，这种科学也体现了大众对个人责任和行动偏好的关注。而诸如社会学和科学史等领域的研究人员则记录和分析了已发生问题的企业究竟扮演了什么角色，以及相关媒体在气候变化问题上为什么没有发挥作用。
在气候变化方面，企业应负有责任的相关证据正在不断显现。然而，当前的时机比较尴尬。在过去20年的气候论战中，科学家往往被视为不称职的信息传播者，因为他们一直在强调不确定性，传播危言耸听的言论，让人们失去信心。我认为这些观点都不具有足够强的说服力。然而到目前为止，研究人员和媒体既看不到也没有分析有些企业为了摆脱僵局而耍的诡计，这是一种失败。我们也许可以责怪企业对政治行动施加的影响，也可以责怪媒体对大众观点造成的误导和混淆，但这并不能解释研究人员和记者为何忽视企业的影响如此之久。既然我们已经认识到了企业对气候变化产生的巨大影响，希望这个问题不再成为我们共同的盲点！
08
THREE DE-CARBONIZING SCIENTIFIC BREAKTHROUGHS
脱碳化的三个科学突破
比尔·乔伊（Bill Joy）
未来学家，太阳微系统公司的共同创始人和前首席科学家，凯鹏华盈风险投资公司荣誉退休合伙人。
气候变化是我们面临的一项巨大挑战。制造、发电和运输行业的快速脱碳化对改善这一问题具有十分重要的作用，但也有可能因非线性效应而演变成危机。2015年，共有三项相关科学研究取得了实质性突破，这三项成果可以显著地加快脱碳化的进程。然而，这些成果的商用性并没有得到广泛关注。
1．脱碳水泥和二氧化碳的商业运用
混凝土是世界上应用第二广泛的材料，排名第一的是水。用于混凝土中的硅酸盐水泥的制造过程会排放大量二氧化碳，排放量占全球人为排放量的5%。罗格斯大学教授理查德·里曼（Richard Riman）发明了一种新型的“固态水泥”（Solidia cement），其原材料与普通硅酸盐水泥相同，并且可以在普通水泥制造窑中制造，不过所需的温度更低，而且使用的石灰石更少，这就减少了制造过程中的碳排放量。与硅酸盐水泥通过水来硬化不同，这种固态水泥通过消耗二氧化碳来硬化。由这种固态水泥制成混凝土所排放的二氧化碳比其他混凝土要低70%。到目前为止，这种新型水泥的产量已经达到数千吨。2015年，有大型混凝土公司改进了生产工艺，已使用这种新型水泥生产混凝土。这种新型水泥的广泛应用将会大幅度增加工业二氧化碳的需求，由此带来收集与再利用二氧化碳的强劲商业需求。
之前试图发明低碳水泥的所有努力都未能成功，原因在于所需的原材料很难获得，加之高昂的固定资产新投资，此外，工艺所要求的原材料的特殊属性以及特殊应用也是可能的原因之一。固态水泥解决了所有这些问题，而且成本更低，性能更好。一件商品能在现有条件中得到快速应用的前提条件就是，简单易用。固态水泥仅需修改生产过程中的一个步骤即可：使用二氧化碳而非水来硬化。
我们能否通过改造利用现有的基础设施，以类似的方式降低制造钢铁和铝等其他高能耗材料的二氧化碳排放量呢？为了寻找合适的替代品，有一项研究进行了10年之久，但仍旧没有取得重大突破。因此，这些材料的脱碳化可能需要使用结构聚合物和纤维等低能耗材料重新设计产品来实现，而这一过程所需的时间更长。
2．用于不定向风的可变形风力发电机
全世界有超过10亿的人口缺乏稳定的电力供应，这些人口绝大部分居住于发展中国家的农村地区。实际上，这一情况很大程度上取决于他们获得电力的方式：是来源于可再生能源，还是化石燃料。如今，虽然风力发电是价格最低的可再生能源，但这仅仅是对于数百万瓦的应用规模而言，对于人群分散的地区来说，风力发电机仍不太可行。如果应用规模较小，现有风力发电机的性能将会显著下降。奥金能源公司（Ogin Energy）的沃尔特·普雷茨（Walter Presz）和迈克尔·韦勒（Michael Werle）发明了一种新型的罩式风力发电机，2015年，该发电机首次用于中等规模（100千瓦）的部署。这种新型风力发电机的叶片罩可以加快发电机的空气流速，即使在低风速和中低等规模的条件下，也很有效，这样便有利于分散人群和微型电网应用。
最近一项研究表明，达到可实际运用规模的风力发电是成本最低的可再生能源，其成本为80美元／兆瓦时，而太阳能光伏的成本为150美元／兆瓦时，传统中等规模的风力发电的成本为240美元／兆瓦时，这类发电的成本过高，无法得到实际应用。新型罩式风力发电机的发电成本约为当前用于中等规模的传统风力发电机成本的一半，如果批量生产，相比于可实际运用规模的传统风力发电机，前者在成本上具有巨大优势。
我们应该大量部署可再生能源设备，以在发电过程中实现完全脱碳化，以及停止使用现有的绝大部分化石燃料发电设备。风力发电设备的安装比原子能发电设备更快、更安全，也更便宜，前者还可以与电池等电力存储设施相结合，实现全面的部署。如果我们认真对待脱碳化，中小规模的风力发电机可以通过现有的生产设备，快速扩充为大批量生产。事实上，大部分现有生产设备是作为第二次世界大战的军事储备物资而建设的。使用具有成本优势、可用于不同规模的风力发电作为光伏太阳能发电的补充，再加上电网存储设备，这样便能构成一个可大幅加速市场向可再生能源转变的发电组合。
3．用于固态电池的室温离子电解质
目前的锂离子电池使用的是易燃的液体电解质，或者其他有较大起火隐患的材料。绝大部分电池包含贵金属，如锂、钴和镍。一篇发表于2015年的文章介绍了由美国离子材料公司（Ionic Materials）的迈克尔·齐默尔曼（Michael Zimmerman）发明的新型聚合物电解质。这是第一种在室温状态下具有离子导电性的固体，具有很高的商业价值。同时，这种聚合物的安全性很高，被点燃时可自然熄灭，其产生的化学环境与液态电解质的具有本质性的不同。这种特性让该聚合物可以支持各种新颖的负极材料，比如硫黄（容量高、质量轻、价格低），还可以支持各种新型的金属正极材料，从而支持多价金属，比如正二价锌。这些使免用液态电解质且具有良好性能的电池化学过程成为可能。
事实上，这项科学突破是绝大部分电池工业计划在21世纪30年代实施的规划。这是一项人们一直在期盼的突破，因为固态电池更便宜、更安全，存储的电能更多，而且可以运用塑料行业成熟的规模生产设备进行制造。
在全球由燃烧化石燃料而排放的二氧化碳中，有15%来源于汽车。新增加的汽车是使用可再生能源还是化石燃料，对于全球的碳排放量来说影响巨大。低成本、安全性高和高容量的电池可以加速交通运输业的电气化进程，以及大幅度提高一些国家新增车辆的电气化程度。
21世纪，我们应该停止使用化石燃料。好电池和燃料电池的电化学所具备的潜力比一般人所知道的要大得多。电化学可以取代绝大部分化石燃料的使用。
此外，其他基于气态和液态的技术可以通过转换为固态来降低二氧化碳的排放量，比如制冷。当前的制冷环节主要通过“气态-液态”的转换来实现。我希望以后能在固态制冷方面取得突破。就像上述技术一样，固态制冷也可以快速扩大应用规模。
09
JUICE
电流
詹姆斯·克罗克（James Croak）
艺术家。
请用一只手拿着重约2.7千克、容量为4.5升的汽油，另一只手拿着1.35千克的电池，然后预估一下它们各自包含的能量。小小地剧透一下：目前，它们可以包含同等的能量了。最令人激动且最具深远影响的科学进步就是电池密度的大幅度增加，并且大到可以取代汽油，解决夜间能源、续航里程和风力减弱等问题。
电动汽车的续航里程每年约增长9%。现在，我们可以开着电动汽车进行中等距离的往返旅行了。2011年，由美国国家航空航天局发起的“绿色飞行挑战赛”（Green Flight Challenge）提供的百万奖金震惊了世界。最终，这份奖金授予了一架飞机的创造者。这架飞机可以载着一位成年乘客在两小时内飞行接近322千米，而所消耗的燃油不到3.8升。在这场挑战赛中，共有三架飞机参加了比赛，其中两架为电动的，一架为混合动力。最终，只有这两架电动飞机在规定的时间内完成了比赛。获得第一名的是一架没有燃气引擎的插电式飞机，时速达到184千米。这在5年前还只是汤姆·斯威夫特（Tom Swift）(8)式的幻想。就算可以塞进机身，当时电池的重量对于这类飞机来说太重了。当前电池的重量和体积都在减少，而存储的电量大幅度增加了。
现在，电池的能量密度最高可达250瓦时／千克，相比于几年前的150瓦时／千克，有了大幅度的提高。不过，汽油的能量密度更高，为12 000瓦时／千克。有一家企业已经成功制造出能量密度为400瓦时／千克的电池。随着电池技术的不断进步，也许在几年内，电池的能量密度就能超过化石燃料的能量密度。
最令人激动而又违反常识的电池发明是锂空气电池，这种电池从空气中吸取氧气用于化学反应，当化学反应完成时会释放出气体。这听起来是不是有些似曾相识？燃气引擎获取空气，形成喷雾，膨胀的空气发生燃烧，释放出能量，最终排放出废气。令环保人士欢呼雀跃的是，锂空气电池是固态的，释放的气体也是干净的。麻省理工学院已经发明了一种能量密度超过10 000瓦时／千克的锂空气电池。
电池并不需要通过达到汽油的能量密度来取代汽油。汽油释放能量的过程效率很低，仅有15%的能量用于驱动汽车，其余能量都被热量、引擎和传动系统的重量、摩擦和空转消耗掉了。实际上，试验阶段的电池已经超过化石燃料的能量密度了，并能使电动汽车的续航里程达到800千米；如果用于小型飞机，续航里程则更长。
此外，电池能量密度的不断增加降低了电力存储设备所需的体积和成本。这使得风力发电机和日间太阳能发电机可满足消费者全天候的用电需求。
在大风天气，风力发电机可以产出巨量电能，而在微风或无风的情况下，则几乎无法发电。与之相反的是，电池可以提供稳定的电量。弗吉尼亚州埃尔金斯的风力发电场新安装了一种电池，它使98兆瓦的风力发电机成为全美电力网的固定组成部分，这些电池使风力发电同时具备无污染性和传统火力发电的可靠性。
火力发电厂是按照比实际用电量稍高的发电功率运行的，以应对用电量突然增加的情况。智利阿塔卡马沙漠新安装了一种兆瓦级的电池，这种电池具有很高的稳定性，并且减少了化石燃料的使用量。
我们没有预料到的是，备受期盼的绿色革命之所以突然降临，居然是因为电池。一个世纪以前，路上行驶的电动汽车比燃油汽车要多，而很快，我们就能回到过去了。
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A CALL TO ACTION
行动号召
汉斯·乌尔里希·奥布里斯特（Hans Ulrich Obrist）
著名策展人，伦敦蛇形画廊艺术总监；著有《策展的方法》（Ways of Curating）。
2015年，马克·威廉姆斯（Mark Williams）等人在论文《人类世生物圈》（The Anthropocene Biosphere）中通过众多证据表明，人类活动造成的气候变化将会导致第六次物种大灭绝。根据这篇论文的共同作者地质学家彼得·哈夫（Peter Haff）所说，我们已经进入了一个正在发生许多根本性变革的时期，这些变革将以超乎想象的程度改变世界。事实上，人人都可以说出环境变化的证据。2013年12月，一位朋友从瑞士的恩加丁打来电话，尼采就是在这个地方写出了《查拉图斯特拉如是说》。这位朋友说，他那里的海拔有2 000米高，居然没有下过雪。同一时间，伦敦海德公园的水仙花正在盛开。
作为艺术家、环保人士和政治活动家，古斯塔夫·梅茨格（Gustav Metzger）多年来一直在呼吁，但是仅仅在口头上谈论生态是不够的，我们需要制定行动号召。我们必须了解个人和机构在影响人们行为上的潜力，并为人类世制定相应的策略。根据梅茨格所说，我们需要“阻止当前正在发生的物种灭绝，即便最终成功的概率很小。奋战在这条战线的前列既是我们的权利，也是我们的义务”。我们必须努力阻止物种、语言，甚至某种文化的消失，必须与全球同质化现象作斗争，必须理解这是更广泛命运共同体的一部分。法国历史学家费尔南·布罗代尔（Fernand Braudel）提出了著名的“长时段”理论，这一理论主张将新闻事件的历史意义置于人类文明的长河之中加以考虑。灭绝是属于人类世的长时段现象，当前正在发生的新闻就是人类世的特征，通过将新闻与长时段联系起来，我们可以制定相应策略来改变未来和防止大部分物种灭绝。只要理解了这些新闻，我们就会知道应该如何采取行动。
