人类科学认知的外延一直在不断扩展——旧的观念持续被颠覆，新的思维不断深化人类对自身和自然的理解。在下一次变革即将到来之前，让我们预览当下最为前沿的科学新思维。
人类依然处于进化之中
现代世界的人类没有停下进化的脚步。科学家通过对比不同的基因组发现，自然界的压力仍然在发挥作用。比如说，专职于消化乳糖的基因，正逐渐从欧洲人扩散至地球上的其他人群。一个提高生育率的基因也在欧洲大陆上的人群中变得更为常见。疾病仍然是人类进化的一大驱动力：携带特殊遗传基因的人能抵抗疟疾和艾滋病。大概是由于携带胱冬酶12基因的人更易受细菌感染的侵害，现在几乎所有人都已经失去了该基因。虽然进化发生的很缓慢，但是我们人类仍然处在变化之中。
从来就没有什么“时间”
寻找涵盖一切的“终极理论”的物理学家，在时间这一事物上存有重大疑虑。他们需要将量子力学和相对论这两大物理学理论统一起来——前者是人类对微观粒子运行的描述，而后者则适用于解释宏观的空间、时间和物质相互作用的机制。然而，目前最大的症结在于，时间，在这两种理论中分别以不同的方式运行着。
相对论中，相对运动中的物体各自拥有自己的时间推移，因此不存在对时间的绝对性测量。而在量子理论中，时间更加无法定义：时间甚至不具有可以测量得到的特质。量子理论可以告诉你一个电子的位置，但是无法告诉你它在那里已经多久了。解决该症结的一个激进措施就是将时间视为一个人类自己编造的概念。如果时间在宇宙的进程中无法发挥基本的，明确的作用，或许，我们所有的理论应该摒弃掉这一概念。
多重宇宙
为什么事情会是现在这个样子？物理学家喜欢刨根究底。可是某些关于宇宙的事实依然令人费解，这让物理学家们感到沮丧。自然界存在一定的常量（决定引力等各种自然力的数字）看上去“正是这样子”，而没有什么好解释的。各种宇宙常量为何会如此精确完美，以至于恰好允许生命在宇宙中的发展，这一问题令物理学家如芒在背。
天真的说，宇宙似乎是被精心设计出来的。但是这一解释并不能令大多数物理学家感到满意。为此，他们想到了更好的解释：有许多个宇宙，每个宇宙都有不同的特性。由于我们尚不可能从这个宇宙穿越到另外一个，我们也就无从验证这一观点，但是它确实打消了人类因自身所处的“特殊”情形而产生的疑虑。当然了，宇宙理应对于人类而言非常完美：如果它有任何丝毫的不同，人类就不会存在，就不会在这里观察它了。
终止衰老
人类能不能在的自己的基因组上轻轻按下某个“开关”，然后就可以大大延长寿命？在蠕虫，老鼠和果蝇身上进行的实验显示，停止某些基因的运行，或者改变其它基因，使得特殊的化学物质组合充盈我们的身体，可以显著延缓有机体的衰老速度。而这甚至可以运用更为低端科技的方法来实现：通过调整饮食或者注射可以减慢衰老的荷尔蒙，就可以改变身体的化学环境。这是一个诱人的新途径，但同时也充满争议。
很多生物学家仍认为停止衰老只是一个幻想，因为我们永远不能克服细胞过段时间就会死亡，以及基因组的消耗磨损等生物程序。而且细胞分裂时可能会产生致命的基因复制错误。据此怀疑主义者们说，走向衰老仍是人类不可避免的未来。尽管如此，与生物衰老的对抗已经从原先的不可能，变为非常困难但颇有可能，科学界就此前景达成了一致，而这本身就是一个令人兴奋的进展。
“加强版”人类即将来临
下一代人类——或者再下一代——将面临一个艰难的抉择：他们要不要把孩子升级至“加强版”？由生物学家Ray Kurzweil领导的一群研究者，暗示人类正在接近这一“奇点”，科技将改进人类的智能和体能，进而在人类能力所及的领域实现巨大的飞跃。大多数的这些科技手段最初只是为了帮助有健康问题的人群，然而，它们现在已经成为了意图超越人类极限的人们的选择。用来治疗儿童多动症的药物已经在学术界广泛用于提高专注度。治疗弱视的视网膜植入现在被发展为仿生眼。用来治疗帕金森症等神经问题疾病的大脑植入手术，为神经改良和插入式的记忆升级铺平了道路。体外受精胚胎的基因诊断，使得为患病婴儿挑选用来移植器官的胚胎成为可能。但是改良人类技术的一大忧虑就是，人类社会中将会因此出现一个未“升级”的低能阶层。
万物皆是信息
如果你有一个神奇的显微镜，可以看到自然界最小尺度上的运作方式，你或许会深感意外。在这最小尺度上，将万物聚合在一起的，正是我们习以为常的一个抽象概念：信息。这一让思考者们都兴奋起来的观点就是，物理学上的万物，都是由信息构成的原子所组成。任何实验和观测都可以归结为提出一个是与否的问题，而答案，正类似于计算机运行的0和1二进制数字。
最终，宇宙作为一台巨型的计算机在运转，类似“光子穿过这个点了吗？”的问题答案提供了它处理的数码信息。构建针对宇宙所有设问的全方位二进制答案可能还需时日，但是这提供了一种全新的简化方式——理解方式——来领悟万物运作的根本法则。
初露端倪：“意识”是什么
位于我们头骨内的可以连绵数公里海绵状物质，究竟是如何创造出作为一个人的存在体验。现在，磁共振成像技术，计算机建模和持续增长的对大脑的生物学了解，这三者的结合意味着我们也许可以更好的回答上述问题了。也许只有到下世纪，人类才会有一个关于意识的完备理解，但是研究“意识”的附带意义会令人类的这一探索旅程最终不虚此行。眼下，了解人类大脑奥秘的快速途径是观察大脑的某一小部分出现的故障。许多疾病，例如抑郁，精神分离症，自闭症和痴呆，都是由于大脑的某个小“零件”出现问题所致。寻找意识产生根源的科学家们正在研究这些“故障”，并且希望在修复它们的同时，也能够了解他们对于意识的功用。
“失踪”的宇宙
96%的宇宙都以一种人类目前无法彻底了解的形式存在着。对星系的观察结果表明，它们的旋转速度太快，以至于无法聚集星系内的恒星物质：外部的恒星应该由于离心作用被抛离星系。然而事实并非这样。对此唯一的解释是，存在某些看不到的物质产生的额外引力，将它们固定在星系内。这些看不见的物质即俗称的暗物质，不过它只占据了宇宙不到四分之一的质量。另外的大约四分之三是“暗能量”，它产生了促使宇宙不断膨胀的力量。物理学家已经为暗物质给出了一个可能的解释。暗物质需要某些粒子的存在，这些粒子的属性不同于我们已发现的任何粒子。人类正在探索这些粒子可能是什么，也许，大型强子对撞机可以给我们制造一些出来。暗能量的研究则更加富有挑战性：它既不来自于已知的任何粒子，也不来自于粒子之间的真空区域。因此在纸面上，研究人员目前对暗能量尚无多少头绪。
揭示“质量”的奥秘
当大型强子对撞机加速了粒子的相互碰撞时，物理学家们欢欣鼓舞。这是因为粒子对撞或许会让我们获得对希格斯玻色子的惊鸿一瞥。它是我们趋于完美的粒子物理学领域中，所剩的最后一个疑惑。希格斯玻色子对其他粒子施加了拖曳力。粒子经由其传导的力而获得质量——物质响应引力的一种性质。如果希格斯玻色子最终露面，那么物理学家将如释重负，因为它是粒子物理学中的关键支柱。如果没有，物理学家又得做大量的解释工作。而且，重建工作中将不仅仅包括质量的来源。
做好第三类接触的准备
人类的空间科学机构正在识别太阳系之外，可能存在生命的数百个行星。孕育生命所需的条件，以及生命会在周边空间留下的痕迹，生物化学家对这些已谙熟于心。另外，在探测地外行星大气层中的生命痕迹上，人类的成像技术正日渐得心应手。今日地球上的人们，似乎即将听到在宇宙别处发现生命的消息。虽然不太可能是智能生命——更可能是微生物形式——但是这也将造成人类生命观的根本性转变。因为那将说明，浩瀚宇宙中的生命进化大概不一而足，宇宙可能充满了其他的生命形式。对此，科学家，伦理道德研究者，哲学家都急切的想知晓，如果发现了其他生命，人类届时该如何应对。
人类并不是特殊的
迄今为止，研究人员只发现了三个人类独有的基因。在人类总共20,000 个基因中，可能只有20个是为我们所特有的。其他灵长类动物拥有和我们相同的脑细胞，人类看上去唯一独有的智力能力是，比其他动物更多的阴谋诡计。虎鲸和海豚在他们的群落中内有着截然不同的文化族群。乌鸦使用工具，黑猩猩们展示出道德。大象表现出共鸣，即使蝾螈和蜘蛛，也都展现出自己一定程度上的个性。虽然在动物王国中，没有我们料想中的语言，姿势（倭黑猩猩和红毛猩猩其实也在用），我们是万物的灵长。可是，这一论断或许并没有反映我们所处的真实动物世界。
人类是天生的信徒
成为一个无神论者得费好大劲。不仅仅是因为你得寻找新的事情来填充礼拜天的早晨，更重要的是，人类的大脑进化到了对每一个现象都要进行归因的地步。如果森林中灌木的瑟瑟声，不是因为捕食者，那么可能就是一个邪恶的幽灵在作祟。而当灌木丛中真的隐藏了捕食者的时候，那些本能的假设有东西在那的人，成为了幸存下来的人。这些人——也只有这些人——成为了我们的祖先。神经学实验表明，坚信无形的实体与现实世界相互作用的信念，早已成为了人类大脑的默认状态。
地球的大部仍有待探索
覆盖了70%的地球表面，平均深度4千米，海洋是地球上最大的生物栖息地，海洋的大部分对人类而言还是处女地。不管研究者什么时候潜入深海，他们总能发现新物种。海洋也正催生着新的地质学，并重新定义我们习以为然的生物栖息地。事实证明，对于地球上的生物，人类的所知甚为有限。
生命之树其实是一张网
达尔文的生命进化之树也处在进化之中。科学家不再认为一个物种只促使了下一个分支的进化路径。在所有生物的基部，是LUCA——最后一个所有生物的共同祖先。基因分析表明生命的进化远比达尔文的生命之树要复杂的多：所有种类的潜在机制都允许物种的形成从一个“树枝”跨越到另一个“树枝”上而发生。所有的生物组成了一张网，而不是一棵树，这意味着生物学的未来比任何人敢于想象的都要更加有趣。与其简单的编入不同物种的差异，寻找自然选择作用的方法，人类不如探索洋洋大观的生物作用机制，然后陶醉在生命的不竭创造力之中。
通往终极理论的道路不止一条
物理学的终极目标是，如一个幽默的比喻所言，把所有宇宙的方程写在一件T恤衫上面。这一干脆，完备的终极理论将包含对所有物理现象的解释——自然各种形式的力，粒子聚集形成原子的方式，行星和恒星——然后提供一种统一的简单的解释。多年以来，这一终极理论最有可能是弦理论，一个试图以能量的闭合圈（弦）的振荡来解释宇宙万物的理论。现在，一些其他理论的加入，已经将寻找终极理论变成了一场竞赛。
这些理论都拥有着异国情调的名字，比如圈量子引力论，因果动力三角论和量子引力图论。更重要的是，他们都提供了通过实验来验证或者否定自己的机会——这是任何物理学理论都必经的“适者生存”的严峻考验。
小型实验室，大物理研究
并不是所有的物理学研究都魅力十足。有些物理学家忙碌于昏暗的地下室，观察金属晶体长条中的电子运动，或者花上几个小时观察容器中液氦的旋转模式。这些物理学家经常会歆羡的看着他们的有些同行，工作在巨型，昂贵的粒子加速器实验室之中。然而这一情形不会再持续很久了。事实证明晶体中的粒子、液氦中的气泡和自然界中一些基本粒子一样，遵循着同样的原理。这使小型实验成为模拟更大系统的绝佳方法，或将代替物理学的大型机器。它们甚至可以造出人工的黑洞。这一点是不是魅力无穷？
石墨烯革命即将到来
科学家一项从铅笔芯中作出的发现，势必将改变电子产业的未来。2004年，曼彻斯特大学，科学界安德烈·海姆先用铅笔在一页纸上乱涂，然后使用透明胶带剥离出表面的石墨烯涂层。石墨烯的碳原子呈六角形阵列排列在一起，犹如微型铁丝网。实验表面石墨烯具有与众不同的特性。它比钢铁坚硬10倍。普通铜线和半导体以热能的形式浪费了大量电能，这造成电脑芯片浪费了75%的能量，而石墨烯在导电时只有很小的能量损失。
研究者们现已改良了石墨烯的生产工艺，正忙于将其转化为低功率电子元件，比如晶体管。石墨烯的最佳电子表现是在高频范围，手机制造商一直渴望能在手机电路里传输更多的信息，因此他们迫不及待的希望将石墨烯元器件安装到手机里。此外，石墨烯对可见光而言是透明的，这使得它成为光纤和电子设备之间传输信息的理想材质。正因为如此，石墨烯电视显示器和高效太阳能电池，以及以石墨烯为基础的电信传输都已经摆在了实验室的桌面上。不起眼的石墨铅笔芯，其前途不可限量。
语言是思想的关键所在
过去人们认为所有的人类语言都来自于大脑内的预先编程，从人出生开始，就已经存在、成形和准备好运作了。20世纪60年代语言学家诺姆·乔姆斯基提出的这一观点，目前受到了质疑。人种学研究者已经提出了许多例外，来推翻人类语言的上述“普遍”规则，一些研究者否定了乔姆斯基的理论，并且提出没有什么是预先设置好的：相反，不同文化的思考方式和他们的语言是息息相关的。一种原始语言的局限性，可能正是其创造复杂思想的障碍。
DNA的折纸艺术
首先提取数百条DNA，然后用化学方法改变其形状，让它们在不同的点粘结起来。现在把它们放在一起，使用一切可行的化学方法将DNA们粘贴于一起。如果你的方法正确，最后你将获得各种微小的形状。
目前，利用折纸术得到的亮点是DNA“齿轮”，一个纳米尺度的DNA四面体，以及一个有盖的DNA盒子，可以用一小串基因做的钥匙打开和锁上。化学家们看上去好像很无聊，但是他们的这一研究将为以下设想提供最佳解决方案：运送药物至细胞核心，设计以DNA为基础的计算机，以及制造在微米级别像标准机械般运行的生物机器。
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