2050年的科学：改变我们世界（以及更远）的未来突破

罗马哲人马可·奥勒留曾说，我们不应让未来困扰自己。但他从未与未来学家尼克·博斯特罗姆探讨过2050年的世界状况。

博斯特罗姆在电子邮件中表示：“到2050年，很有可能所有科学研究都将由超级智能人工智能完成，而非人类研究人员。一些人可能会把科学研究当作爱好，但他们不会做出任何有用的贡献。”《自然》的读者们，是时候重新考虑你的职业选择了！

《自然》创刊150周年——周年特辑

借用一句关于计算机模型的老话：对未来的预测通常是错误的，但有些很有趣。《自然》长期以来一直热衷于从对未来几十年研究发展的预测、展望和预兆中寻找启发。最值得注意的是，该期刊在20世纪末和21世纪初出版了专门探讨科学预言的增刊，当时的主编菲利普·坎贝尔大胆预测，到2100年将发现非DNA基础的生命。（他当时称这一说法很愚蠢，但如今仍坚持这一观点。）

因此，在暂停同行评审，并着重强调《自然》旨在讨论“热点和未来趋势解读”的目标后，让我们将（至今仍未被发现的）时间机器设定在2050年，谨慎地向外窥探一番。准备好迎接技术飞跃、解开暗物质之谜，或许还能通过研究足够多的人群来告别许多疾病。

炎热时代

打开门之前，你或许应该做好心理准备。德国汉堡马克斯·普朗克气象研究所的模型专家盖伊·布拉瑟说：“气候变化的状况将比我们预期的更糟。”

他认为，到2040年，全球平均气温将突破比工业化前水平上升2°C的关键阈值。（为避免这种情况，考虑到气候系统的惯性，政府间气候变化专门委员会表示，全球排放量需在2025年达到峰值，然后急剧下降；参见go.nature.com/4prom5j。）因此，到2050年，关于全球变暖现实的政治辩论可能已随冰川一同消融。

相反，争论可能会围绕是否尝试给地球降温展开，最有可能的方法是向上层大气注入闪亮粒子，阻止阳光到达地表。尽管这种地球工程技术尚未得到证实，也未进行过大规模测试，但到2050年，严重的气候影响可能会促使受影响的国家甚至公司进行此类大气干预。

布拉瑟说：“有些国家可能会单方面使用这种技术，只想着解决自己的问题，而不考虑对其他国家的后果。”这种干预可能会改变降雨模式，扰乱天气的其他方面，甚至可能使情况变得更糟。“我认为这应该被禁止。”布拉瑟表示。

布拉瑟和他的同事在2025年的一项研究中指出，地缘政治紧张局势意味着，对2050年未来气候的预测必须越来越多地考虑大气物理学之外的因素。十年前，气候科学家们还在为《巴黎协定》获得全球认可而庆祝。如今，美国的一些人却被迫从政府报告和网站中删除“气候变化”这一术语。与此同时，其他优先事项已占据上风。

他说：“如果我们谈论气候科学，人们根本不想听，因为他们更害怕其他问题。他们想要食物，想要和平。”所有这些都表明，到2050年，世界面临着到本世纪末气温上升3°C或更高的可能性。

冰岛一家由瑞士公司Climeworks运营的工厂从空气中捕获二氧化碳并将其储存在地下。如果碳移除变得足够有利可图，它可能有助于防止地球过热。

图片来源：John Moore/Getty

还有另一种更乐观的可能性。到2050年，从空气中移除二氧化碳可能会成为一个巨大的商业机会，公司会找到方法减少大气中的温室气体并从中获利。

赫尔辛基国防大学的未来研究员埃莉娜·希尔图宁说：“我们将用二氧化碳制造不同的东西，可能是塑料、燃料或药物，但这些都是用空气制造的。”

未来冲击

这两种可能情景之间的巨大差距，凸显了未来学家和其他试图描绘下一个选举周期之后进展与陷阱的人们所面临的困境。未来在多大程度上可以从当前趋势中预测？它在多大程度上会受到看似不可能或尚未构想的颠覆性事件和发明的驱动？在哪个节点上，预测会变得有点愚蠢？

《未来儿童书》（2024年）的合著者、英国帝国理工学院和剑桥大学前驻校未来学家理查德·沃森认为，未来学——对未来趋势的系统性、跨学科研究——最适合想象10到15年后的情况。

他说：“五年之内，你只会受到当下的引力影响，最终谈论的都是下周二的事情。超过20年，很快就会变得非常科幻。我曾为银行举办过研讨会，一旦谈到2050年代，总会有人提到外星人住在月球上。”

尽管如此，2050年是一个突出的时间节点，对于那些想要设定目标并引导投资以实现目标的人来说，这是一个诱人的最后期限。例如，太空机构通常会提前这么久规划，因为任务的构思、批准、设计、建造和发射可能需要几十年的时间。

例如，欧洲航天局已经向研究界征集2050年项目的想法。提交的项目包括轨道反物质探测器、将彗星冰体的冷冻样本带回地球，以及让机器人探测器在水星表面着陆。

未来学家们争论人类是否会在2050年抵达火星。

图片来源：JPL/NASA

然后是火星。美国总统唐纳德·特朗普今年早些时候重申了美国国家航空航天局（NASA）在2050年前将人类送上火星的目标，而埃隆·马斯克则声称，他的太空探索技术公司（SpaceX）最早可能在2026年向这颗红色星球发送一艘无人驾驶的星际飞船，作为2030年代送人类上火星计划的一部分。

位于加利福尼亚州坎贝尔的智库“生命未来研究所”未来项目主任艾米莉亚·贾沃尔斯基分析变革性技术，她对人类进行这趟旅行持怀疑态度，因为存在太空辐射风险和微重力的长期影响。

她说：“这个领域主要由工程师主导，航空航天工程师、机械工程师大大低估了生物挑战。每个人都假设我们会找到某种材料，某种方法来解决这个问题。”

机器的崛起

任何对未来的展望都必须考虑人工智能的持续崛起。但速度如何？

伦敦研究与前瞻公司Outsmart Insight的联合创始人亚历克斯·阿亚德说：“我可以相对准确地描述2027年、2028年人工智能的样子。但我不确定2030年我们会处于什么位置。”

那之后的情况更加模糊，但人工智能领域的一些人认为，到2050年，机器学习系统可能会做出足以获得诺贝尔奖的科学成就。

博斯特罗姆住在英国牛津，著有《超级智能：路径、危险与策略》（2014年），他预计通用人工智能将在2050年出现，随之而来的是能够回答“我们目前感兴趣且原则上可以通过科学回答的大多数问题”的能力。

即使没有超级智能的接管，到2050年，人工智能也可能会让科学研究过程看起来大不相同。阿亚德说，结合机器人实验者，由算法驱动的自主系统将在专门的“无人实验室”中全天候（24-7）致力于生物技术问题——之所以这么命名，是因为不需要人类参与。

150年科学的启示

这是一个由技术决定未来的例子，这些技术促成了新型科学研究和进步。在许多情况下，所产生的知识随后会反馈到新的、更好的技术中，形成一种共生关系，解锁更多新的科学，如此循环往复。

墨西哥国立自治大学（位于库埃纳瓦卡）的物理学家胡安·卡洛斯·伊达尔戈说，到2050年，量子科学和宇宙学的进步可能会结合起来取得巨大进展。

在获得诺贝尔奖的阿秒激光脉冲技术基础上，研究人员目前正在开发检测单电子和核自旋产生的微弱磁场和电场变化的方法。伊达尔戈说，将这种量子传感器整合到引力波探测器中，可以让宇宙学家识别比目前更小的物体，包括假设的原初黑洞。

这些黑洞形成于大爆炸后不久，可能包含宇宙中目前无法解释的质量，结合其他观测结果，或许能解开一些宇宙学难题。“所有这些都将帮助我们阐明暗能量甚至暗物质的本质。”伊达尔戈说。

他认为，这一发现最终可能产生一个替代当前公认的宇宙学标准模型的理论。该模型已经因2024年发表的数据而摇摇欲坠，这些数据对模型预测的宇宙膨胀率提出了质疑。

关于核聚变能源“永远还有30年”的嘲讽可能终于会平息，伊达尔戈谨慎地预测，这项技术有望在2050年最终成熟。

他说：“当然，核聚变在过去5年的进展比前50年还要多。”

外部因素

过去75年的科学进步源于公众对研究的广泛支持，但这一趋势可能不会持续。

例如，民粹主义的持续崛起及其对复杂问题快速解决方案的诱惑，可能会让下一代科学家难以证明那些需要多年耐心工作才能为看似快速的进步奠定基础的研究的合理性。

荷兰海牙的前瞻顾问、《未来》期刊联合主编帕特里克·范德杜因说，经济低迷导致公共开支持续紧缩，加上对科学价值的政治攻击，可能意味着研究人员发现自己面临越来越大的压力，需要证明其工作的费用合理性。“这对科学的未来不是好事。”

这也可能会打破纯研究和应用研究之间本就脆弱的平衡，严重偏向政府认为明确支持狭隘政治目标的科学。例如，随着许多国家人口老龄化，政府可能会加大对旨在治愈和预防慢性病的医学研究的投资。但仅靠技术进步无法确保这些进展。

贾沃尔斯基说：“我认为我们将迎来一个十年，意识到数据是我们的一大瓶颈之一。”