十年前，科学记者约翰·霍根出版了一本引人深思的书，暗示科学家已经解决了宇宙中大部分的主要谜团。这本书立即引起了轩然大波。鉴于此后科学取得了巨大的进步，《发现》杂志邀请霍根重新审视他的论点，并探讨未来最大的进展。
作为一名记者，我最难忘的时刻之一发生在1996年12月，当时我参加了在斯德哥尔摩举行的诺贝尔奖庆祝活动。在瑞典国王和王后主持的1300人的白领结宴会上，康奈尔大学的戴维·李（他分享了当年的物理学奖）谴责了那些声称科学正在“走向终结”的“末日论者”。他说，科学“死亡”的报道“被大大夸大了”。
李是在影射我那年早些时候出版的书《科学的终结》。在书中，我论证了科学——尤其是纯科学，即理解宇宙和我们在其中位置的宏大探索——可能正在进入一个死胡同，不会再产生“更多的伟大启示或革命，而只有递增的、递减的回报”。十多位诺贝尔奖得主，大部分在媒体上，但也有一些当面，都谴责了这一论点，白宫科学顾问、英国科学部长、人类基因组计划负责人以及《科学》和《自然》杂志主编也持反对意见。
在过去的十年里，科学家们公布了无数似乎削弱我论点的发现：克隆哺乳动物（始于多莉羊）、人类基因组的详细图谱、一台能击败世界象棋冠军的计算机、让瘫痪者纯粹通过意念控制计算机的脑芯片、瞥见其他恒星周围的行星，以及大爆炸余晖的详细测量。然而，在这些成功之中，却隐藏着一些令人不安的暗示，即未来大部分工作只是在今天主要的科学概念中填补空白，而不是揭示全新的概念。
即使李也承认这一挑战。“基础发现变得越来越昂贵，也越来越难以实现，”他说。他自己的诺贝尔奖也印证了这一点。俄罗斯物理学家彼得·卡皮察在1938年发现了液氦中被称为超流体的奇怪现象。李和他的两位同事只是扩展了这项工作，表明超流体也存在于一种名为氦3的氦同位素中。2003年，又一个诺贝尔奖被授予了超流体研究。真是令人扫兴！
乐观主义者坚称，革命性的发现肯定即将到来。也许重大的进展将源于物理学家对万物理论的探索；源于对具有许多运动部件的“涌现”现象（如生态系统和经济体）的研究；源于计算机和数学的进步；源于纳米技术、生物技术和其他应用科学；或源于对大脑如何产生意识的调查。“我可以看到各种各样的问题，其中许多显然是可解决的，”物理学家兼诺贝尔奖得主菲利普·安德森（他于1999年创造了“霍根主义”一词来描述“科学终结……即将到来”的信念）说。另一方面，一些怀疑论者认为科学永远不会结束，因为所有知识都是暂时的且不断变化的。
在《科学的终结》出版10周年之际，我想探讨这些新的异议。我发现科学探究的局限性比以往任何时候都更加明显。我现在的目标，正如当时一样，不是贬低宝贵的正在进行的研究，而是挑战对科学进步的过度信仰。追求真理的科学家需要对世界的最终可知性抱有一定程度的信念；没有它，他们就不会走得这么远，这么快。但那些否认任何挑战其信念的证据的人，则违反了科学精神。凯斯西储大学物理学家劳伦斯·克劳斯警告说，他们也正中那些声称“科学本身只是一种宗教”的人的下怀。
论点：关于科学终结的预测老生常谈，而且总是被证明是错误的。对《科学的终结》最常见的反应是“他们当时就是这么想的”这一论断。它的说法是：19世纪末，物理学家们认为他们已经知道了一切，就在相对论和量子力学彻底改变物理学之前。另一个流行的轶事是关于一位19世纪的美国专利官员辞职，因为他认为“所有能发明的东西都已经被发明了”。事实上，专利官员的故事纯属虚构，而将19世纪物理学家描述为自鸣得意的“万事通”也大大夸大了。此外，即使科学家们过去曾愚蠢地预测科学的消亡，那也并不意味着所有此类预测都同样愚蠢。
“他们当时就是这么想的”这种回应暗示，因为科学在过去一个世纪左右发展迅速，所以它必然会继续如此，甚至可能永远如此。这是错误的归纳推理。更广阔的历史视野表明，现代爆炸性进步的时代是一种异常现象——是社会、经济和政治因素独特融合的产物——最终必然会结束。科学本身告诉我们，知识是有限的。相对论禁止超光速旅行或通信。量子力学和混沌理论限制了我们做出预测的精度。进化生物学提醒我们，我们是动物，是自然选择塑造的，不是为了发现自然的深层真理，而是为了繁衍后代。
科学未来进步的最大障碍是其过去的成功。科学发现类似于对地球的探索。我们对地球了解得越多，可供探索的就越少。我们已经绘制了所有大陆、海洋、山脉和河流。我们时不时会在某个偏远的丛林中偶然发现一种新的狐猴，或在深海热液喷口中发现一种奇特的细菌，但此时此刻，我们不太可能发现真正令人惊叹的东西，比如生活在隐蔽洞穴中的恐龙。同样，科学家也不太可能发现任何超越大爆炸、量子力学、相对论、自然选择或遗传学的东西。
一个多世纪前，美国历史学家亨利·亚当斯观察到，科学通过正反馈效应加速：知识产生更多的知识。这种加速原理有一个有趣的推论。如果科学有极限，那么它可能在撞墙之前正以最大速度前进。我不是唯一怀疑我们已进入这种残局的科学记者。“科学家们现在正在解决的问题比100年前提出的问题要窄得多，”迈克尔·莱蒙尼克最近在《时代》杂志上写道，因为“我们已经做出了大部分基础发现。”
论点：科学仍面临着巨大的未解之谜，比如宇宙的起源。其他记者喜欢指出“奥秘无尽”，正如《美国新闻与世界报道》的一篇封面故事所说。但有些奥秘可能根本无法解决。最大的奥秘是斯蒂芬·霍金在《时间简史》中提到的：为什么存在而非虚无？更具体地说，是什么引发了大爆炸，以及为什么宇宙采取了这种特殊形式而不是可能不允许我们存在的其他形式？
科学家们试图解决这些谜团的方式，常常采取我所谓的反讽科学——不可证实的主观推测，更像哲学或文学而非真正的科学。（这种科学是反讽的，因为它不应被视为对事实的字面陈述。）这种思维方式的一个典型例子是人择原理，它认为宇宙必须以我们观察到的形式存在，否则我们就不会在这里观察它。人择原理，由斯坦福大学的伦纳德·萨斯金德等顶尖物理学家所倡导，是宇宙学的创世论版本。
反讽科学的另一个例子是弦理论，二十多年来，它一直是“万物理论”的有力竞争者，旨在解释自然界的所有力。该理论的概念和术语在过去十年中不断演变，二维膜取代了一维弦，但该理论版本众多，以至于它几乎可以预测一切——因此什么也预测不了。批评者称之为“爱丽丝餐厅问题”，引用了一首民谣中的副歌：“在爱丽丝餐厅，你想要什么就有什么。”这个问题导致哥伦比亚大学数学家彼得·沃伊特在他的同名有影响力的博客中称弦理论“甚至不算是错的”，这指的是沃尔夫冈·泡利一句著名的嘲讽。
尽管沃伊特与我在《科学的终结》中对弦理论的批评不谋而合，但他仍然希望新的数学技术能够重振物理学。我对此存疑。弦理论已经代表了一种试图通过数学论证而非经验测试来理解自然的方式。要摆脱目前的僵局，物理学迫切需要的不是新的数学，而是新的经验发现——就像20世纪90年代末发现宇宙正在加速膨胀一样。这是过去十年物理学和宇宙学中最令人兴奋的进展，但它并没有带来任何理论突破。与此同时，公众越来越不愿为那些能够拓展物理学前沿的实验买单。大型强子对撞机将于明年上线，届时它将成为世界上最强大的粒子加速器，然而它的能量仍比弦理论假定存在的微观领域弱好几个数量级。
论点：科学永远不可能终结，因为理论的本质就是不断被推翻。许多哲学家——以及数量惊人的科学家——都接受这一观点，这实际上意味着所有科学都是反讽的。他们秉持后现代立场，认为我们与其说发现真理，不如说创造真理；因此，我们所有的知识都是暂时的，并且会发生变化。这种观点可以追溯到两位有影响力的哲学家：卡尔·波普尔，他认为理论永远无法被证明，只能被证伪；以及托马斯·库恩，他认为理论并非关于现实的真实陈述，而只是暂时方便的假设或范式。
如果我们的所有科学知识都如此脆弱和暂定，那么科学当然可以永远持续下去，理论的变化就像服装或音乐的潮流一样频繁。但后现代立场显然是错误的。我们不是发明了原子、元素、引力、进化、双螺旋、病毒和星系；我们是发现了它们，就像我们发现地球是圆的而不是平的一样。
十多年前我与他交谈时，现任迈阿密大学的哲学家科林·麦金（Colin McGinn）驳斥了所有科学都是临时性的观点，他说：“有些是，但有些不是！”他还暗示，考虑到人类认知的局限性，科学最终会达到其极限；他建议，到那时，“宗教可能会再次吸引人们。”如今，麦金坚持他的断言，即科学“原则上必须是可完成的”，但他补充道，“然而，我不认为如果科学走到尽头，人们会或应该转向宗教。”当前事件可能表明情况并非如此。
论点：还原论科学可能已经结束，但一种新型的涌现科学才刚刚开始。斯坦福大学物理学家、诺贝尔奖得主罗伯特·劳克林在他的新书《一个不同的宇宙》中承认，科学在某些方面可能已经达到了“还原论的终结”，即识别支撑物理领域的基本组成部分和力。然而，他坚持认为，科学家可以通过研究复杂的、涌现的现象来发现深刻的新规律，这些现象无法从其个体组成部分来理解。
物理学家兼软件巨头斯蒂芬·沃尔夫拉姆从更具技术性的角度提出了类似的论点。他断言，被称为细胞自动机的计算机模型是理解自然界所有复杂性的关键，从夸克到经济。沃尔夫拉姆通过他自己出版的1200页巨著《一种新科学》为这些思想赢得了广泛的受众。他宣称他的书被视为“在科学领域开启了具有历史意义的范式转变，每年都有新的影响以越来越快的速度涌现。”
事实上，沃尔夫拉姆和劳克林正在重拾上世纪八九十年代混沌与复杂性领域中提出的思想，我将这两个领域视为一个领域——我称之为混沌复杂性。混沌复杂性学家们强调这样一个事实：简单的规则，当由计算机遵循时，可以产生极其复杂的模式，这些模式似乎随着时间或尺度的变化而随机变化。他们同样认为，许多看似嘈杂、复杂的自然现象背后必然是简单的规则。
到目前为止，混沌复杂学家未能发现任何深刻的新科学定律。我最近请该领域的资深专家菲利普·安德森列出主要的新进展。他列举了自组织临界性方面的工作，这是一个可追溯到近二十年前的数学模型，并且已被证明具有有限的应用。混沌复杂性缺乏进展的一个原因可能是臭名昭著的蝴蝶效应，即初始条件的微小变化最终可能在混沌系统中产生巨大后果；经典的例子是，蝴蝶扇动翅膀最终可能引发龙卷风的形成。蝴蝶效应限制了预测和回溯，因此也限制了解释，因为特定事件无法以完全确定性归因于特定原因。
论点：应用物理学仍然可能带来革命性的突破，比如聚变能源。一些专家坚持认为，尽管探索自然基本规律的努力可能已经结束，但我们现在正在开启一个激动人心的控制这些规律的时代。“每当我打开报纸或搜索网页，”纽约市立大学物理学家加来道雄说，“我都会发现更多证据表明科学的基础工作基本完成，我们正在进入一个应用的新时代。”加来道雄认为，声称科学已经结束，因为我们理解了自然的基本规律，就像说一旦你理解了规则，国际象棋就结束了一样。
我同意此观点在一定程度上是正确的；这也是《科学的终结》聚焦纯粹研究而非应用研究的原因。但我不同意像加来道雄、埃里克·德雷克斯勒和雷·库兹韦尔这样的科技福音派人士的观点，即纳米技术和其他应用领域将很快让我们能够以仅受限于我们想象力的方式操纵自然规律。科学史表明，基础知识并不总是能转化为预期的应用。
核聚变——长期以来寻求的近乎无限的能源来源，也是加来道雄所预见的其中一个关键应用——提供了一个很好的例子。20世纪30年代，汉斯·贝特和少数其他物理学家阐明了控制聚变的基本规则，聚变是使恒星发光和热核炸弹爆炸的过程。在过去50年里，仅美国就花费了近200亿美元试图控制聚变，以建造一个可行的发电厂。在此期间，物理学家们反复吹捧聚变是未来的能源。
美国和其他国家刚刚同意再投资130亿美元，在法国建造国际热核实验堆。然而，即使乐观主义者也承认，聚变能源仍面临着严峻的技术、经济和政治障碍。核物理学家、曼哈顿计划老兵威廉·帕金斯最近主张放弃聚变能源研究，他称其“既昂贵又令人沮丧”。如果这里有突破，我们这一代人可能活不到看到它们的那一天。
论点：我们正处于应用生物学突破的边缘，这将使人类基本实现永生。如今，生物学的潜在应用无疑比物理学更令人兴奋。人类基因组计划的完成以及克隆、干细胞等领域的最新进展，使得一些科学家大胆预测，我们很快就能战胜疾病，甚至衰老本身。“第一个活到1000岁的人可能在1945年就已出生，”计算机科学家转型为老年病学家的奥布里·德格雷宣称（他出生于1963年），他是“永生运动”的领军人物。
然而，德格雷的许多同事并不同意。28位衰老研究人员在2005年的一篇期刊文章中宣称，他的观点“在知情的科学界根本得不到任何尊重”。事实上，进化生物学家警告说，永生可能无法实现，因为自然选择设计我们的寿命只够繁殖和抚养子女。因此，衰老并非源于单一原因，甚至不是一系列原因；它无可避免地编织在我们的身体结构中。基因疗法和抗癌战争这两个医学研究领域的记录也应让“长生不老主义者”三思。
在20世纪90年代初，对亨廷顿舞蹈症、早发性乳腺癌和免疫缺陷综合征等遗传性疾病的特定基因的识别，激发了研究人员设计治疗方法来纠正基因畸形。到目前为止，科学家已经进行了350多项基因疗法临床试验，但没有一项取得了完全成功。1999年，一名18岁的患者在一次试验中死亡；去年，一项针对遗传性免疫缺陷的有前景的法国疗法试验在三名患者患上白血病后暂停，《华尔街日报》因此宣称“该领域似乎受到了诅咒”。
癌症治疗的记录也令人沮丧。自1971年理查德·尼克松总统宣布“向癌症宣战”以来，国家癌症研究所的年度预算已从2.5亿美元增至50亿美元。科学家们对癌症的分子和遗传基础有了更好的了解，但治愈癌症似乎仍然遥遥无期。芝加哥大学的癌症流行病学家约翰·贝勒指出，美国总体癌症死亡率从1971年到20世纪90年代初实际上有所上升，之后在过去十年中略有下降，这主要是由于男性吸烟人数的减少。难怪英国老年病学家汤姆·柯克伍德等专家称人类永生的预测为“胡说八道”。
论点：理解心智仍然是一个巨大而迫在眉睫的挑战。1997年我在伦敦遇到英国生物学家刘易斯·沃尔珀特时，他宣称《科学的终结》“简直骇人听闻！”他对我的神经科学批判尤为不满。他坚持认为，这个领域才刚刚开始，而不是即将结束。他还没等我说完，就转身离开了，其实我当时想告诉他，我认为他的反对意见是合理的。我确实同意，神经科学在许多方面代表着科学最活跃的前沿。
在过去的十年里，神经科学学会的会员人数激增了近50%，达到37,500人。研究人员正利用越来越强大的工具探索大脑，包括超高速磁共振成像仪和能够检测单个脑细胞细微活动的微电极。然而，这些研究产生的大量数据迄今未能为精神分裂症、抑郁症和其他疾病提供真正有效的治疗方法，也未能真正令人信服地解释大脑如何产生意识。“我们仍处于修修补补的阶段，处于范式前和理论前，”加州大学圣地亚哥分校的V.S.拉马钱德兰说。“我们仍然处于19世纪物理学所处的阶段。”
后现代观点非常适用于那些试图向我们解释我们自身的领域。心智理论从未真正消亡；它们只是时髦起来又过时。一个惊人地持续存在的理论是精神分析，这是西格蒙德·弗洛伊德在一个世纪前发明的。《新闻周刊》就在今年3月宣称，“弗洛伊德……甚至现在仍然吸引着我们。”弗洛伊德的思想之所以得以延续，不是因为它已得到科学证实，而是因为一个世纪的研究尚未产生一个足够强大的范式，能够一劳永逸地使精神分析过时。弗洛伊德主义者无法指出其范式优越性的明确证据，但更现代范式（无论是行为主义、进化心理学还是精神药理学）的支持者也做不到。
科学理解心智的最佳希望在于破解神经网络编码。类似于计算机软件，神经网络编码是一套规则或语法，它将脑细胞发出的电脉冲转化为感知、记忆和决策。神经网络编码可以为古老的哲学难题，如身心问题和自由意志之谜，提供深刻的见解。原则上，解决神经网络编码可以赋予我们对自身精神的巨大控制力，因为我们可以通过用脑细胞自己的语言与它们交流，以极其精确的方式监测和操纵它们。
但加州理工学院的克里斯托弗·科赫警告说，神经网络代码可能永远无法完全破译。毕竟，每个大脑都是独一无二的，每个大脑都在不断变化以响应新的体验，形成新的神经元之间的突触连接，甚至——与十年前的普遍观点相反——生长出新的神经元。这种可变性（或神经科学家偏爱的术语“可塑性”）极大地复杂化了对大脑和心智统一理论的探索。“神经网络代码不太可能像遗传密码那样简单和普遍，”科赫说。
论点*：如果你真的认为科学已经结束，你为什么还在写它？尽管我表面上悲观，但我仍然在写科学，我也在一所科学导向的学校任教，并且经常鼓励年轻人成为科学家。为什么？首先，我可能只是错了——我承认——科学将永远不会再产生像进化论或量子力学那样划时代的发现。一群神经科学家可能会找到一个优雅的神经编码解决方案，或者物理学家可能会找到一种方法来证实额外维度的存在。
在应用科学领域，我们可能会通过基因工程战胜衰老，通过大脑植入提高智商，或者找到绕过爱因斯坦禁止超光速旅行的方法。尽管我怀疑这些目标是否能实现，但我绝不希望我关于科学终结的预言通过阻碍进一步的研究而自我实现。“我们所能知道的有没有极限？”大卫·李问道，“我认为这是一个有效的问题，只有通过积极努力拓展边界才能回答。”
即使科学未能取得如此巨大的突破，它仍然为年轻研究人员提供了许多有意义的机会。在纯粹研究领域，我们正稳步加深对星系如何形成、单个受精卵如何发育成一只果蝇或一位国会议员、突触生长如何支持长期记忆的理解。研究人员也肯定会找到更好的癌症、精神分裂症、艾滋病、疟疾和其他疾病的治疗方法；更有效的农业生产方法；更温和的能源来源；更便捷的避孕方法。
对我来说最激动人心的是，科学家们或许能帮助找到我们最紧迫问题——战争——的解决方案。如今，许多人认为战争和军国主义是人类本性不可避免的产物。我希望科学家们能摒弃这种宿命论，帮助我们把战争视为一个复杂但可解决的问题，就像艾滋病或全球变暖一样。战争研究——或许应该称之为和平研究——将寻求避免冲突的方法。长远目标是探索人类如何实现永久裁军：消除军队及其使用的武器。还有什么比这更宏伟的目标呢？
上个世纪，科学家们分裂了原子，破解了遗传密码，将宇宙飞船送上了月球和火星。我有信心——是的，又是那个词——科学家们可以帮助解决战争问题。唯一的问题是如何，以及何时。那将是一个值得庆祝的结局。
*注：约翰·霍根在他的新博客《霍根主义》中“删除了”这一段，因为它模棱两可。
