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Italiano千古大哉问
来源: 科学人 
■许多自然现象发生的时间比人类的生命长很多，因此难以观察。
■本文作者访问了数位顶尖学者，如果生命能延续数千年，他们会想进行哪些实验。
■这些实验必须使用目前的科技，而且必须用来解决短时间内难以解答的基本问题。
两个原子形成一个分子，需要数皮秒（10-12秒）的时间，相较之下，人的一生相当漫长，不过，与造山运动或是星系碰撞等许多自然现象相比，人的一生又像一眨眼那样短暂。解答某些问题所需要的时间，比人类的一生还要长，因此，科学家把研究工作代代相传。例如，在医学研究领域，长期进行的研究必须持续追踪受试者，即使最初的研究人员已经过世，有些远自1920年代就开始的研究，至今仍在持续进行。历史上，连续蒐集资料时间最长的纪录，应该是古代巴比伦人的天文观测日志，这部日志从公元前1000年开始记载，观测结果至少涵盖了600年之久，这些记载也呈现了某些天文事件的重复模式，像是日食和月食。
然而，在大多数的科学研究领域中，有些最有趣、最基本的问题，至今还没有解答，原因只是科学家没有足够的时间来解决它们。不过，如果时间不是问题，会有什麽结果？最近我访问了不同领域的顶尖研究人员，询问他们如果拥有千年、万年甚至百万年的时间可以进行观测或实验，他们最想研究哪些问题（为了把重点集中在科学而非未来学，我要求他们假设自己只能运用现今存在的尖端科技）。他们的答案十分有趣，摘录整理如下。
一万年 生命如何出现？
赫森（Robert Hazen），美国乔治梅森大学地球科学家。
1950年代初，美国芝加哥大学的米勒（Stanley Miller）和游理（Harold Urey）发现，胺基酸等构成生命的基础材料，在适当条件下会自己出现。当时看来，似乎只要将适当的化学物质组合起来，等待足够的时间，就能解开生命起源的奥秘。答案显然没有那麽简单，但如果有一万年的时间，新一代的游理–米勒实验或许能产生某些基本分子，除了可以自我复制，还能透过天择演化——简而言之，就是生命。
模拟生命起源的实验必须在具备适当地球化学条件的环境下进行，而且必须从零开始。生命原汤可能含有数百万个不同种类的小分子，这些分子结合与进行反应的可能方式可以说是天文数字。不过这些分子在海洋中的浓度相当低，所以任意两个分子偶然相遇的机率相当低，更不用说要发生化学反应。最可能的解释是，能自我复制的分子最初是在岩石表面组装。原始地球表面相当潮湿，形成庞大的天然实验室，随时可能有多达1030种实验在进行，而且持续了1~5亿年。
要重新创造这种环境，可以设计一个长达一万年的实验室，同时进行许多小规模实验。从外表看来，这个分子摇篮就像塞满了电脑伺服器的机房，不过机房里其实是许多化学实验室晶片，晶片内含数百个极小的凹槽，每个凹槽各有不同的化合物组合，在不同的矿物表面进行反应。这些晶片可持续自动监控其中的化学反应，寻找分子出现控制之外的自我复制迹象。
这些实验可以集中在最有可能产生有趣结果的化学物质组合上，把实验时间从数百万年缩减到数千年。幸运的话，未来我们还可以进一步了解大自然的运作方式，把实验时间缩短到数十年。
一万年 自然界的常数真的永远不变吗？
盖布理尔（Gerald Gabrielse），美国哈佛大学物理学家。
物理基本定律似乎放诸四海皆准又恒久不变，例如就我们目前所知，所有质子拥有的静电荷都相同、光永远以相同的速度行进等。但是某些学者提出的模型容许改变这些基本定律，有些天文研究甚至宣称确实观察到小幅度变化，引人争议。然而在此同时，所有实验数据仍然没有出现改变。举例来说，我的实验室就曾经测量过电子的磁性——就我所知，这是基本粒子各种特性中最精确的测量结果。如果反覆测量数千年，这类实验或许会观察到变化。
为了测量电子的磁性（更精确的说法是「磁矩」，也就是将它视为次原子尺度棒状磁铁的磁性强度），我们利用静电场把一个电子局限在平面上，并且以磁场迫使电子进行圆周运动。我们让实验设备的温度维持在绝对温度0.1K以下，使电子运动的能量降到最低。接着以无线电波迫使电子的磁场反转。电子的反应，尤其是我们能使电子磁场反转的频率，取决於其磁矩，後来我们的测量结果是3/1013。
如果磁矩在整个宇宙历史中改变了1/1000，同时一直以恒定步调发生变化，那麽我们的实验应该会侦测到它的变化。当然，科学永远不能证明某样事物绝对不变，只能证明它的变化率极低。不仅如此，现在它的变化率可能比宇宙诞生初期低了许多，所以在实验室中难以观察到。
不过，如果重复进行这个实验一万年，仍然看不出变化，这样的稳定性将对「常数会改变」的理论预测，造成相当严格的限制。（也将使大众质疑这说法：由实验观测遥远类星体的光就可以发现，从宇宙诞生初期至今，电磁交互作用强度出现少许变化。）
当然，我们和其他实验室的技术还有许多地方需要改进。我想，未来更精巧的方法问世之後，我们将会取得更大的进展，而且花费的时间远比一万年少得多。
十万年 材料如何逐渐劣化？
帕森（Kristin Persson），美国劳伦斯柏克莱国家实验室理论物理学家、材料科学家。
人类随时都在制造东西，但怎麽知道这些东西能维持多久？如果要建造核废料储存库，我们必须确保在内部物质的危险性消失之前，容器不会损坏。如果不想让地球表面布满垃圾，我们也应该知道塑胶和其他材料需要多久才会分解。
获得答案的唯一方法就是对这些材料进行压力测试10万年，并持续观察。如此我们就可制造出真正永久不坏，或是会以环保方式分解的产品。
例如我们可以测试用於装核废料的铜合金和玻璃等材料（储存库的设置地点应仔细挑选，并位於地底深处，但地质状况可能在数千年内出现难以预期的变化）。这类实验让材料暴露在会加速耗损的环境，例如酸硷值大幅改变，并让温度上升又下降，或模拟昼夜和季节的变化。
就算材料看似能承受数年的严苛考验，也可能出现极细微的劣化，因为目前的特性描述方式仍有不足，无法显示材料在某些地方减少几个原子。不过经过数万年後，将开始出现损坏，协助我们判断哪些材料最优异。
对於其他科技应用，长时间测试也能提供帮助。例如目前的检验及模拟技术都无法确实预测新型电动车电池15年後的效能。电脑模拟将日益精密，可取代长时间测试，但我们制造需要耐久的产品时，仍须格外留意。
一百万年 宇宙是不对称的吗？
史达克曼（Glenn Starkman），美国凯斯西储大学物理学家。
大霹雳的热在宇宙各处辐射。太空探测船描绘了天空中的宇宙微波背景辐射（CMB）分布，发现它十分均匀，少有小幅度随机变动，一如大霹雳理论的预测。这样的平滑代表早期宇宙也是均匀的。从研究分析看来，宇宙两边似乎过度对称，而且还有其他异常现象，包括缺少应该在宇宙中延伸60度以上的最大变动等。
要知道这些现象是实际状况还是巧合，只需持续观察。CMB已朝我们行进了137亿年，因此测量CMB其实是以我们为中心，测绘半径137亿光年的球体表面。如果时间够长，这个球体会越来越大，最後通过宇宙诞生的区域。异常状况的规模相当大，CMB球体可能需要10亿年才能通过，届时球体半径将达147亿光年。如果我们「只能」观察100万年，大多数异常现象应该依然存在，但有少许变化，就可知道它们是否逐渐消失（代表只是巧合），如果持续不变，则代表有更大的宇宙结构存在。
关键词: 生命宇宙时空
