科學也可以如此靠近

數億人吃不飽飯,為什麼還巨資探索太空搞科研?


博科園【博科園-科學科普】首先我們來看看人類史上最昂貴的望遠鏡:美國NASA預計年升空的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡造價億美元,約合億元人民幣,這真是一般筆天價巨資的科研探索項目,而其還只是一個單單的望遠鏡而已,你是否會想有這些錢可以救助多少貧困人民是吧?正如我們所...

2017年12月11日14時51分 - 今日科學 / 博科園

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博科園-科學科普首先我們來看看人類史上最昂貴的望遠鏡:美國NASA預計2018年升空的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡造價88億美元,約合585億元人民幣,這真是一般筆天價巨資的科研探索項目,而其還只是一個單單的望遠鏡而已,你是否會想有這些錢可以救助多少貧困人民是吧?

正如我們所能看到可觀測宇宙是巨大的,它只是我們所必須存在的東西的一小部分。圖片版權:NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, and M. Mechtley (ASU), R. O』Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC

Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU)

在全國和世界各地人類的苦難是不缺的。貧窮、疾病、暴力、颶風、野火等都在不斷地折磨著人類,甚至我們迄今最好的努力也無法滿足所有人的需要。許多人正在尋找削減資金的地方,表面上是為了轉移更多的人道主義需求,而在對話中出現的第一個地方是不必要的科學研究上的「額外」支出。當孩子們在挨餓時,進行微重力實驗有什麼好處呢?為什麼在波多黎各仍然沒有電力的情況下,把粒子聚在一起,或者追求最低的溫度?當核戰爭威脅到我們的星球時,為什麼要研究瀕危物種的神秘交配習慣呢?

更簡潔地說:面對世界上所有的苦難——飢餓、疾病、迫害和自然災害——我們為什麼要把公共資金花在像基礎科學研究這樣的機構企業上呢?

地球上的粒子加速器,就像歐洲核子研究中心的大型強子對撞機一樣,可以加速粒子的速度,但還不能達到光速。儘管像歐洲核子研究中心這樣的實驗耗資數十億美元,但它們是人類最值得做的努力之一。圖片版權:LHC / CERN

這是一種貫穿整個歷史的想法,是的,它因為是短視的,因為它沒有意識到我們最大的問題需要長期的投資,而社會最偉大的進步是通過辛勤的工作、研究、發展而來的,而且往往是在投資完成後的幾十年、幾十年或幾代才實現的,投資科學是為了改善人類未來的發展。

但這並不總是一件容易的事情,尤其是當痛苦發生在你面前的時候。1970年初在第一次阿波羅登陸後不久,一名在非洲尚比亞工作的修女瑪麗·茹卡達(Mary Jucunda)寫信給美國國家航空航天局(NASA)。她問,當孩子們餓死的時候,他們如何為阿波羅計劃花費數十億美元辯護。如果把這兩張圖片並排放在一起,看起來很難公平。

投資於任何一種東西意味著不投資其他東西,但科學/空間探索和人道主義救濟都值得人力資源的投資。圖片版權:NASA and WFP / Q. Sakamaki

這封信在某種程度上使它成為美國國家航空航天局(NASA)頂級火箭科學家之一——恩斯特·斯圖林格(Ernst

Stuhlinger)的辦公桌。當時Stuhlinger是美國國家航空航天局(NASA)的科學副主任,他是第二次世界大戰結束時被帶到美國的科學家之一。面對不人道的指控,對於那些經常被指責為納粹在德國火箭項目中扮演的角色的人來說,這是非常痛苦的,但Stuhlinger卻不為過。

他回信寫了下面的信,全文如下:(全文很長,而且只有一張照片,但可以說它比1970年更重要)。

你的信是我每天都能接觸到的許多信中的一種,但它比其他所有的都更打動我,因為它從深邃的心靈深處發出了如此多的聲音,我會儘量回答你的問題。

然而,首先我要對你和你所有的勇敢的姐妹們表示崇高的敬意,因為你將你的生命獻給了最高尚的事業——幫助那些需要幫助的人。

在你的信中,你問我如何建議花費數十億美元去火星旅行,當時地球上的許多孩子都快要餓死了。我知道你並不期待一個答案,例如「哦,我不知道有孩子死於飢餓,但從現在起,我將停止任何形式的空間研究,直到人類解決了這個問題」!事實上,早在我知道火星之旅在技術上是可行的之前,我就已經知道了。不過我相信,就像我的很多朋友,最終前往月球和火星和其它行星是一個我們現在應當承擔風險,我甚至相信這個項目從長遠來看將更有助於解決這些嚴重的問題,我們在地球上正面臨著比其他許多潛在項目的幫助年復一年的辯論和討論,而且是極其緩慢的在產生實質性的結果。

在試圖更詳細地描述我們的空間計劃是如何為解決我們的地球問題做出貢獻之前,我想簡單介紹一個據說是真實的故事,這可能有助於支持這個論點。大約400年前德國的一個小鎮上住著一個伯爵。他是一個善良的人,他把大部分收入都捐給了鎮上的窮人。這一點很受讚賞,因為中世紀時期貧窮很多,瘟疫也經常肆虐全國。有一天,伯爵遇到了一個陌生人,他的房子裡有一個工作檯和一個小實驗室,他白天努力工作,以便每天晚上能有幾個小時的時間在他的實驗室工作。他把小透鏡從玻璃碎片中磨碎;他把鏡片裝在管子裡,用這些小工具來觀察非常小的物體。伯爵特別著迷於那些可以用強大的放大鏡觀察到的微小生物,而且他以前從未見過。他邀請那個人帶著他的實驗室搬到城堡里去,成為伯爵家的一員,並把他所有的時間都投入到他的光學設備的開發和完善上,作為一名特別的雇員。

然而當他們意識到伯爵是在白白浪費錢的時候就生氣了,說:我們正遭受著這場瘟疫的折磨,他是為了一個無用的愛好而付錢的。但伯爵依然堅定,給你儘可能多的錢,但我也會支持這個人和他的工作,因為我知道總有一天會有東西出來的!

事實上,這項工作帶來了一些非常好的東西,也來自其他地方的類似工作——顯微鏡。眾所周知,顯微鏡對醫學進步的貢獻比其他任何一項發明都要多,而且從世界大部分地區消除鼠疫和許多其他傳染性疾病,很大程度上是由於顯微鏡使其成為可能的結果。

通過保留一些他在研究和發現方面的開支,他對人類痛苦的貢獻遠遠超過了他所能貢獻的一切,他可以把所有的錢都捐贈給那些飽受瘟疫困擾的社區。

我們今天所面臨的情況在許多方面是相似的。美國總統在他的年度預算中花費了大約2000億美元。這筆錢用於醫療、教育、福利、城市更新、高速公路、交通、外國援助、國防、保護、科學、農業以及國家內外的許多設施。今年國家預算中約有1.6%用於太空探索。太空計劃包括阿波羅計劃、空間物理、太空天文、太空生物學、行星工程、地球資源項目和空間工程等許多小型項目。為了使太空計劃的支出成為可能,美國納稅人每年有1萬美元的收入,支付了大約30美元的稅收。其餘的收入9970美元,仍然是他的生活費,他的消遣,他的積蓄,他的其他稅收,以及他所有的其他支出。你可能會問:你為什麼不從美國納稅人平均支付的30美元中拿走5到3美元,然後把這些錢寄給飢餓的孩子們?為了回答這個問題,我必須簡單地解釋一下這個國家的經濟是如何運作的。其他國家的情況也很相似。政府包括許多部門(內部、司法、衛生、教育和福利、交通、國防和其他)和局(國家科學基金會、國家航空和空間管理等)。他們所有人都要根據分配的任務來準備年度預算,他們每個人都必須為自己的預算辯護,因為國會委員會對其進行極其嚴厲的審查,因為對預算局和總統對經濟的巨大壓力。當資金最終被國會撥款時,它們只能用於預算中規定和批准的項目。

國家航空航天管理局的預算,自然只能包含與航空和空間直接相關的項目。如果這項預算沒有得到國會的批准,那麼提議的資金將無法用於其他方面;他們不會向納稅人徵稅,除非另一項預算獲得批准,然後再吸收沒有用於太空的資金。從這個簡短的話語你意識到,支持飢餓的孩子,或者說是一個支持除了美國已經導致這個非常值得引起外國援助的形式,可以獲得只有適當的部門提交預算線產品為了這個目的,如果這一項然後被國會批准。

你現在可以問我個人是否贊成我們的政府採取這樣的行動。我的回答是肯定的。事實上如果我的年稅增加了一些錢,以供飢餓的孩子吃,不管他們住在哪裡,我都不介意。

我知道我所有的朋友都有同樣的感受。然而我們不能僅僅因為計劃航行到火星而把這樣一個程序帶到生活中去。相反我甚至認為,通過為太空計劃工作,我可以為緩解和最終解決地球上的貧困和飢餓等嚴重問題作出一些貢獻。飢餓問題的基本原理有兩個——食物的生產和食物的分配。農業、畜牧業、海洋漁業和其他大規模生產的糧食生產在世界某些地區是有效的,但在其他地區卻嚴重不足。例如如果有效的流域控制、施肥、天氣預報、生育評估、種植規劃、田間選擇、種植習慣、種植時間、作物調查和收穫規劃等有效的方法,可以更好地利用大面積土地。

毫無疑問,改進所有這些功能的最好工具是人造地球衛星。在高空環繞地球,可以在短時間內篩網大片土地;它可以觀察和測量農作物、土壤、乾旱、降雨、積雪等多種因素,並能將這些信息發送到地面站進行適當的使用。據估計,即使是一個裝有地球資源的溫和的地球衛星系統,傳感器,在全球農業改善計劃中工作,也將使每年的農作物增加數十億美元。

食物分配給需要的人是一個完全不同的問題。問題不在於運輸總量,而是國際合作。一個小國的統治者可能會對有大量的食物被一個大國運送到他的國家感到非常不安,這僅僅是因為他擔心,隨著食品的出現,也可能會有影響和外國勢力的進口。我擔心從飢餓中獲得的有效緩解,將不會出現在各國之間的界線變得比今天更少的分歧之前。我不相信太空飛行會在一夜之間完成這個奇蹟。然而,太空計劃無疑是朝著這個方向努力的最有前途和最強大的推動者之一。

讓我來提醒你一下最近發生在阿波羅13號上的悲劇。當太空人的關鍵再入的時間臨近,蘇聯停止所有俄羅斯廣播傳輸使用的頻段阿波羅計劃,以避免任何可能的干擾和俄羅斯軍艦駐紮在太平洋和大西洋的海洋,以防緊急救助將成為必要。如果太空人太空艙在一艘俄羅斯船隻附近著陸,俄羅斯人無疑會在營救過程中花費更多的精力和資金,就像俄羅斯太空人從太空旅行歸來一樣。如果俄羅斯的太空旅行者也有類似的緊急情況,美國人毫無疑問也會這樣做。

通過對軌道的調查和評估,以及通過改善國際關係來更好地分配糧食,只有兩個例子說明太空計劃對地球上的生命有多麼深遠的影響。我想引用另外兩個例子:刺激技術發展,以及產生科學知識。

對於高精確度和極端可靠性的要求,在工程的歷史上是完全沒有先例的。滿足這些苛刻要求的系統的發展為我們提供了一種獨特的機會來尋找新的材料和方法,發明更好的技術系統,改進位造程序,延長儀器的壽命,甚至發現新的自然規律。

所有這些新獲得的技術知識也可用於應用於地球的技術。每年約有一千的技術創新產生的太空計劃找到他們的方式到我們的地球技術,它們會導致更好的廚房用具和農場設備,更好的縫紉機和收音機、更好的船隻和飛機,更好的天氣預報和風暴警報,更好的溝通,更好的醫療器械,更好的用具和日常生活的工具。你可能會問,為什麼我們必須首先為我們的月球旅行太空人建立一個生命支持系統,然後我們才能為心臟病人建立一個遠程讀取傳感器系統。

答案很簡單:重大技術問題的解決方案經常取得進展而不是一個直接的方法,但首先設置一個高的目標挑戰提供了強大動力,創新工作。火災的想像力和熱刺人花費他們盡了最大努力,充當催化劑包括鏈的其他反應。

毫無疑問的太空飛行就是扮演這個角色。前往火星的航行肯定不會是飢餓者的直接食物來源。然而它將帶來如此多的新技術和能力,從這個項目中分離出來的價值將是其實現成本的許多倍。

除了對新技術的需要外,如果我們希望改善地球上人類生命的條件,還需要在科學領域有新的基礎知識。我們需要更多的物理和化學知識,在生物學和生理學方面,尤其在醫學上,以應對威脅人類生命的所有問題:飢餓,疾病,食物和水的污染,環境污染。

我們需要更多的年輕男女選擇科學作為職業,我們需要更好地支持那些有才能和決心從事卓有成效的研究工作的科學家。必須提供具有挑戰性的研究目標,並且必須提供足夠的研究項目支持。再次,太空計劃的美妙機會參與真正的研究衛星和行星、物理學和天文學、生物學和醫學的幾乎是一個理想的催化劑導致科學工作的動機之間的反應,自然機會觀察令人興奮的現象,材料需要開展研究工作的支持。

在所有的活動指導,控制由美國政府資助,太空計劃無疑是最明顯和最討論活動,雖然它只消耗國家預算總額的1.6%和千分之三的國民生產總值。作為一種促進新技術發展的興奮劑和催化劑,以及在基礎科學方面的研究,它是任何其他活動都無法比擬的。在這方面甚至可以說,太空計劃正在接管一個長達三、四千年的功能,這是戰爭的悲哀特權。

如果國家不與他們的炸彈飛機和火箭競爭,與他們的月球旅行的宇宙飛船競爭,那麼人類的苦難是可以避免的。這場比賽充滿了輝煌勝利的希望,但它卻沒有留給被征服的命運,除了復仇和新的戰爭。

雖然我們的太空計劃似乎把我們帶離地球,向月球、太陽、行星和恆星發出去,但我相信這些天體不會像我們的地球那樣受到太空科學家的關注和研究。它將成為一個更好的地球,不僅因為我們將用於改善生活的所有新技術和科學知識,而且還因為我們正在發展對我們的地球、生命和人類的更深的認識。

我附上這封信的照片顯示了我們的地球,就像阿波羅8號在1968年聖誕節環繞月球時所看到的那樣。到目前為止,太空計劃的許多精彩成果中,這幅圖可能是最重要的。它打開了我們的眼睛,我們的地球是一個美麗的、最珍貴的島嶼,在一個無限的虛空中,沒有其他地方可以讓我們生活,但我們的星球表面的薄薄層,被空間的荒涼虛無所環繞。以前從未有過如此多的人認識到我們的地球是多麼的有限,以及它的生態平衡是多麼的危險。自從這幅畫首次出版以來,人們對我們時代所面臨的嚴峻問題的呼聲越來越高:污染、飢餓、貧困、城市生活、糧食生產、水資源控制、人口過剩。我們開始看到巨大的任務在等待我們,而年輕的太空時代讓我們第一次看到了自己的星球,這當然不是偶然的。

幸運的是,太空時代不僅能讓我們看到我們自己的一面鏡子,它還能給我們提供技術、挑戰、動力,甚至還能讓我們自信地攻擊這些任務。我相信,我們在太空計劃中學到的東西,完全支持艾伯特·施韋策爾所說的話:「我在關注未來,但懷著美好的希望。」

我最好的祝福將永遠與你同在,與你的孩子同在。

人類肉眼看到的第一個景象是在月球的邊緣上升起的。這也許是美國國家航空航天局在第一次登月前的教育/公眾宣傳中最偉大的時刻,這張照片是斯圖赫林格用上述信件寄給了她的妹妹Jucunda。圖片版權:NASA / Apollo 8

這是一個完全不同的故事。在現代社會,我們常常尋找即時的滿足,短期的回報或回報,並立即改善。但科學並非總是如此。在最初提出這個想法後,核能並沒有被利用幾十年;希格斯玻色子只有在超過40年的時間裡才被發現,並投入了數十億美元的搜索引力波直到一個世紀之前才被發現,從愛因斯坦的理論到LIGO的發現。然而這些成就,以及其他無數的成就,都幫助了現代世界,數十億人的生活質量比以往任何時候都高。

卡西尼號於1997年10月15日發射。這一壯觀的條紋是在卡納維拉爾角空軍基地上拍攝的,前景中有一艘固體火箭助推器。儘管不是立即我們從探索宇宙中得到的教訓常常轉化為地球上生命質量的改善。圖片版權:NASA

我認為世界上的每個人都將分享施圖林格的願景,以及投資於地球長期繁榮的同樣承諾。施圖林格是美國第一顆人造衛星「探索者1號」的驅動力量,該衛星是在人造地球衛星發射後的幾個月發射升空的。人造地球衛星早在1958年就夢想著載人火星任務,並主張在他的一生中增加對科學和探索的投資。他在94歲的時候去世了,在2008年作為最後倖存的一名運營成員之一。

飛彈專家Wernher von Braun(C)和飛彈專家Ernst Stuhlinger博士(L)檢查了一枚火箭模型。圖片版權:Walter Sanders / Time Life Pictures

至於Mary Jucunda修女呢?在收到斯圖林格的信和照片後,她回信寫道:

謝謝你,從現在開始,我堅定地相信太空計劃的深遠意義。也許我們都願意考慮那些不直接、直接影響我們的事物的價值,當我們考慮什麼是對的,什麼是錯的時,考慮到所有人類的利益。

知識:科學無國界,博科園-科學科普

作者:Ethan Siegel(天體物理學家)

來自:Forbes science

編譯:光量子

審校:博科園


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