未來數個世紀科技發展的種種可能性：超乎想像的前沿科學

當羅威爾發現火星上溝槽狀的地貌特徵之後，「火星人」科幻小說受到大量人群追捧；當相對論、量子力學成為現代物理學的顯學，時間旅行、平行宇宙又成為構建科幻劇情的重要工具；當航天科技方興未艾之時，才剛剛走入太空的人類，已經開始幻想廣袤宇宙中的無盡外星文明。

並可以自豪的聲稱：「我們的目標是星辰大海！」

我們這一代人，成長于震驚部的大多數人，對震驚的閥值已經提高很多。那些看似科幻的小說概念正在慢慢兌現，我們可以感受到別樣的心靈震撼。

我們曾經苦盼多年杳無音訊的引力波，在2017年被雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）直接探測到之時，全世界天文學家都沉浸在一場新年狂歡的亢奮之中。

一束高功率雷射，在長達4km的真空腔內往復反射數百次，構成一支測量時空的巨大尺子。

用於反射雷射的鏡面（又稱測試質量） Credit： Caltech/MIT/LIGO Lab

它的幹涉光斑若明若暗，整個大陸上車來車往的震顫、大氣層底輕撫而過的海風、幾千公裡外的雷暴，甚至反射鏡被雷射照射時微小的形變……這個真實物理世界中的一切不安，都在試圖吞沒引力波帶來的微小信號——那小於質子直徑千分之一的時空伸縮。

雷射幹涉引力波天文臺原理示意圖。Credit： DeepAstronomy

引力波並不難想像，難以想像的是我們能夠克服種種技術挑戰，真真正正的探測到這幾乎不可能探測到的微弱信號。

同樣，以霍金為代表的一大批物理學家，早在上世紀六七十年代就已在理論上對黑洞的各種性質做了充分的推演，雖然人們遲遲沒有見過黑洞的真容，但黑洞早就是天體物理學中被「默認」的設定。

但直到從夏威夷到西班牙、從格陵蘭到南極點、從洛基山到安第斯的9架世界頂尖毫米波望遠鏡聯合起來，組成橫跨地球直徑的「視界面望遠鏡」——

視界面望遠鏡項目合作望遠鏡分布圖

把幾千萬光年之外超大質量黑洞周圍極度扭曲時空中光子環繞形成的「光環」拍攝下來，我們才終於有了那種「眼見為實」的自信心，真正意義上把黑洞從一種「假說」變成了「事實」。

黑洞光環數值模擬Andrew Chael

黑洞本身，固然已經是「難以想像」的傑出代表，而為看到黑洞而克服的巨大技術挑戰，更是令人難以想像。

不僅是這些已取得的重大科學進展令我們感到「難以想像」，很多時候，為了進一步推動科學發現的取得，科學界會提出非常極端的技術需求，那些或宏大、或意外的腦洞，同樣令我們感到「難以想像」。

被視為21世紀天文學「世紀工程」的平方公裡陣列（SKA）望遠鏡，就是絕佳的例子。

由成千上萬小天線組成的SKA望遠鏡將以西澳大利亞中部荒漠、南非高原為中心，綿延數千公裡，總接收面積達到1平方公裡——那將是當今世界上最大的單口徑射電望遠鏡、500米口徑的貴州FAST望遠鏡的14倍。

SKA先導陣MWA，位於西澳（Credit： ICRAR）

無數小天線同時產生的數據洪流，讓SKA一期工程每年產生的數據量高達300PB——相當於現在整個網際網路流量的半壁江山。

SKA望遠鏡某個陣型下的UV覆蓋（決定瞭望遠鏡靈敏度在不同空間尺度上的分布）

而它龐大的接收面積將帶給我們的，將是無與倫比的靈敏度。當SKA一期工程建成後，我們將能對太陽周圍數十光年內相當於機場雷達強度的信號源進行搜索、監聽。

如果運氣足夠好，這可能是人類與地外文明「超時空接觸」的真正開始。

一些天文學家有更大的野心，僅僅是地球大小的望遠鏡還不能滿足他們。

為了對系外類地行星進行直接成像，一個天文學家小組提出了異常宏大的腦洞：把整個太陽當做引力透鏡，構成一個恆星級的「望遠鏡」。

這架橫跨太陽系的望遠鏡長達650個天文單位，這架望遠鏡的「後端設備」需要被發射到柯伊伯帶之外的太陽系邊疆才能完成觀測。

太陽引力透鏡望遠鏡想像圖（Credit: Discover）

如果成真，這架望遠鏡的籌備和發射周期將長達數十年，全壽命周期以世紀為單位計算。

它將幫助我們完成對人類遙遠未來新家園的驚鴻一瞥。

在大科學裝置的國際競賽中，「基建狂魔」中國沒有缺席。

中科院高能物理所提出了備受爭議的「環形正負電子對撞機」（CEPC）計劃：這個設想中的地表最強加速器的周長約100公裡，能把電子加速到250GeV，從而大量產生在粒子物理標準模型中依然面目不清的「希格斯粒子」，為夯實粒子物理學標準模型乃至產生新的突破奠定基礎。

CEPC構造示意圖（圖源：中科院高能所）

當然，可能即便CEPC和它的升級版「超級質子對撞機」（SPPC）建成，我們仍然離找到物理學「大統一理論」萬裡之遙。目前較有希望成為大統一理論的「弦理論」的驗證，據估計需要焦耳數量級的能量——那將比SPPC能產生的最高能量高接近40個數量級。

要說有什麼東西是讓人真正難以想像的，恐怕就是科學前沿領域這種動輒橫亙數十個數量級的跨度吧，這種遠離人類日常的認知鴻溝，是我們這種居於宇宙渺渺一隅的弱小生物那羸弱的大腦不得不面對而又難以逾越的屏障。