万年科学实验大畅想：生命如何粉墨登场

　　如果科学家能开展一些持续数百或数千年的研究，他们最想获得些什么样的信息？我们就这个问题采访了多位顶级科学家。

　　两个原子组合成一个分子仅需数皮秒时间（1皮秒为10-12秒），与之相比，人的一生可谓漫长。，与许多自然现象（从山脉的隆起到星系的碰撞）相比，人的一生又短如惊鸿一瞥。有些科学迷题，科学家即使穷尽一生也无法解答，只能通过接力的方式一代传一代地让研究持续下去。例如，医学界的纵向调查就是在最初参与调查的研究人员辞世之后，由后继者继续跟踪观察那些调查对象。甚至某些早在20世纪20年代就启动的调研项目，至今仍在进行。而历史上持续时间最长的不间断收集数据的纪录，可能是由古巴比伦人《天文日记》（Astronomical Diaries）创下的。日记记录了公元前1000年－公元元年内至少6个世纪的天文观测资料，由此揭示了日食和月食之类天象出现的规律。

　　今天，大多数科学研究领域中，都有一些极有意思且意义重大的问题悬而未决，原因就在于科学家生命有限，没有足够的时间来研究这些问题。我们非常好奇，如果时间不在话下，情况又如何呢？最近，我采访了各个领域的顶级科学家，问他们，“如果你有1 000年、10 000年，甚至1 000 000年的时间来观测或实验，你会关注哪些问题？”（为了避免他们跑题，绕开科学大谈那些玄乎其玄的未来远景，我要求他们只能使用今天的技术。）时间跨度10 000年问题生命如何粉墨登场？

　　罗伯特？哈森（Robert Hazen），美国乔治？梅森大学地球科学家众所周知，20世纪50年代初，芝加哥大学的斯坦利？米勒（Stanley Miller）和哈罗德？尤雷（Harold Urey）证明，当条件适当时，生命的某些基本结构单元（比如氨基酸）会自发形成。看来，只要有合适的原料，再等待足够长的时间，搞定生命起源之谜完全不成问题。其实事情没有那么简单。不过，花上10 000年左右的时间，现代版的尤雷-米勒实验说不定会打造出某些具有自我复制能力，可以通过自然选择不断进化的简单分子——简而言之，也就是打造出生命了。

　　模拟生命起源的实验，必须在一个地质化学条件足以乱真的环境中实施，而且必须从零开始。原始汤中可能曾含有数百万种小分子，这些分子可能以无数种方式彼此结合，发生反应。不过，在海洋中，由于这些分子被高度稀释，任意两个分子相遇的几率非常低，更不用说发生化学反应。，最合乎情理的解释应该是，具有自我复制能力的分子最初是产生于岩石表面上的。原始地球的表面潮湿多水，堪称一个巨大的天然实验室，在长达1亿～5亿年的时间内，进行着多达1030项微型实验。

　　一个持续万年的实验，也许能重现上述场景开展大量微型实验。从外面来看，这些分子温床好像是塞满了一排排电脑服务器的机房，但一进去就会发现，它们其实是些含有成百上千个微型反应孔的化学“芯片实验室”。每个反应孔里化合物都有着不同的组合方式，分别在各种不同的矿物表面发生化学反应。芯片会持续监视这些反应，随时注意有无迹象证明，某种分子已进入了持续强化的自我复制状态。

　　通过筛选、关注那些最有可能得出有趣结果的反应物组合，或许能使实验所需的时间从数百万年缩短至数千年。运气好的话，我们解开生命之迷所需的时间，最终将进一步缩短至数十年。

　　时间跨度10 000年问题自然界常数真是固定不变吗？

　　杰拉尔德？加布里埃尔斯（Gerald Gabrielse），哈佛大学物理学家物理学的基本定律，似乎都是放之四海而皆准的永恒定理。比如，所有的质子均带等量的电荷，光永远以一个速度行进，等等。，一些新提出的现实模型却容许常数出现变动，有的天文学家甚至宣称，已经观测到常数的微小变化（不过这些研究尚存争议）。但与此，实验室中获得的结果却始终稳定不变，比如我的实验室测量出的电子磁性强度（就我所知，这是对基本粒子性质所进行的精度最高的测量）。不过，如果在数千年的时间里反复进行这个实验，说不定会探测到常数的变化。

　　为了测量电子的磁性，更确切地说是“磁矩”（磁矩是亚原子粒子的一种特性，相当于条形磁铁的磁场强度），我们用静电场将单个电子约束在一个平面内，并通过磁场迫使该电子作圆周运动。我们让实验装置的温度保持在0.1开（绝对零度以上0.1度）以下，从而使电子在最低能态上运动。然后，我们用射频波使电子的磁性翻转。由于电子的响应（特别是磁性翻转的速率）与它的磁矩有关，这样我们就能够以高达3/10-13的精度测定其磁矩。

　　如果在整个宇宙历史中，磁矩曾出现千分之一的变化，而且这一变化一直以固定的速率发生，那么我们的实验应该能够测出来。，科学永远也无法证明某个参数是绝对固定不变的，它所能证明的只是变动率极其小。而且，现今的变动率有可能远低于早期宇宙时的，在实验室中测到这种变化非常困难。不过，如果我们在10 000年内，反复进行实验而又没有观测到任何变化，那些预测常数变化的理论而言在这种稳定性面前可能就站不住脚了（比如，有人宣称，通过对遥远类星体发出的光进行观察，他们检测到，自宇宙早期以来，电磁相互作用的强度发生了微小变化）。

　　，随着科技不断进步，实验室的技术肯定会不断改进。我认为，未来有了更先进的方法相助，我们一定能在远短于10 000年的时间内取得更大的进展。