為什麼要追求基礎科學研究？

每當基礎科學研究有一個重大突破的時候，即使你不是科學家也會為這樣的新聞感到興奮不已。比如，2016年科學界的最大發現——引力波的直接探測（驗證了愛因斯坦100年前的預言），以及2012年發現的希格斯玻色子（標準模型的最後一塊拼圖）。儘管你可能對這些知道的不多，但還是會被這些歷史性的時刻所觸動。

宣布發現希格斯玻色子。（圖片來源：Denis Balibouse）

但總會有些人質問，為什麼要關心這些聽起來對生活完全沒有影響的科學發現？特別是，對基礎科學的巨額投入，看起來完全是不顧社會其他更需要資金支持的問題（比如貧窮、疾病、能源等等），而僅僅是為了滿足科學家的好奇心而已。這也是去年針對中國該不該建大型對撞機之所以引起巨大討論的原因之一。

不可否認的是，雖然研究在數億光年以外的黑洞聽起來就讓人充滿幻想，但是這並不能改變大多數人的生活或工作方式。

基礎研究其實是一個創造的過程，沒有它，也就不會有任何的應用。例如，現代社會對衛星通信到計算機的依賴，這在當時剛發展相關方面的理論研究時並未顯示出任何的實際用途。

左：海森堡；右：薛定諤。

大約100年前，量子力學是一個純粹的理論物理課題研究，當時對量子力學的發展只是為了理解原子的一些特定性質。比如對量子力學做出巨大貢獻的海森堡和薛定諤等其他人，他們腦中根本不去思考、也不知道量子力學會有什麼實際應用。他們只是為了理解這個世界的本質是怎麼運作的。沒有想到如今量子力學滲透到生活的方方面面。

今天，我們知道量子力學是半導體的基礎，如果沒有半導體也就不會有攜帶如此方便的筆記本電腦和完全離不開的手機了。而想要製造現代的半導體，必須要理解一些基礎概念，比如當固體中的原子被結合在一起的時候電子的行為是怎樣的，只有量子力學才能準確的描述這樣的行為。如果沒有半導體，我們只能依靠真空管來使用電腦。現在看來，一個世紀前，如果那個時候科學家不是因為單純的好奇心而不斷的發展更完善的基礎理論，現在社會的整個生活方式肯定又是另一番景象。

廣義相對論：時空告訴物質如何運動，物質告訴時空如何彎曲。（圖片來源：Wikipedia）

在同時期，當大多數科學家都努力的發展量子力學的時候，愛因斯坦正在嘗試如何更好的描述引力。在愛因斯坦之前，人們把引力當做是兩個物體之間互相施加的一種力，而他指出，引力是由物體彎曲的時空引起的，這類似於在一個橡膠上因置放重物而受到了畸變。這就是愛因斯坦的廣義相對論。

今天，廣義相對論最大的應用就是全球衛星定位系統（GPS）。想利用從衛星發射出的信號來定位，就必須知道信號離開衛星和到達地球的準確時間。根據愛因斯坦的引力理論，時鐘體驗到的引力強度決定了它流逝的速度，也就是說在地球上的時鐘比衛星上的時鐘走的慢一些。同時，愛因斯坦的狹義相對論又指出，時鐘運動的快慢也決定了它的走時率，運動中的衛星時間要流逝的慢一些。

GPS需要有狹義和廣義相對論的修正才能夠準確定位。（圖片來源：curiousrobot）

如果我們不考慮這些因素對時鐘的走時進行修正，就根本無法準確的利用GPS來定位。儘管天才如愛因斯坦，他肯定無法預知一個世紀以後他的理論可以如此的被廣泛的利用在生活之中。

大多數投身於基礎研究的科學家都有一致的目標：增進人類對宇宙的了解。雖然很多時候這樣的研究並不能對所有人的生活都立即產生影響，但基礎研究的價值就在於你發現了某些意想不到的東西，而現在所有的發展都建立在曾經意想不到的基礎上。例如2005年諾貝爾化學得主Richard Schrock曾表示：「出於好奇心，我只是單純的想做基礎研究。但沒想到自己研發的催化劑現在被應用在各方面，比如綠色製藥和燃料等等。」

這樣的一種動機我們可以追溯到古代，當人們第一次抬頭仰望星空的時候，他們希望理解他們所生活的世界，並努力的發展一套可以描述大自然的理論。經過千年，我們對大尺度範圍的星系和恆星，以及微觀尺度內構成世界萬物的基本粒子都已經掌握了許多線索。但是，還不夠。

每當我們對一個問題有了一個深層次的理解後，我們會發現在背後其實還有更基本的問題。我們無法知道我們現在到底知道了多少，但我們從未放棄追求真理的腳步。從這個方面來看，我們將基礎研究視為人類文化的一個部分。

現在，我們可以等待諸如希格斯玻色子和引力波在未來將會帶來什麼樣的影響。但同時我們也會繼續探究自然的基本問題，那些未解之謎和一些等待被提出的更基本問題。

我們唯一需要做的就是保持好奇心，以及擁有足夠的耐心。

各位讀者，你們認為我們該不該追求基礎科學研究？如果應該，你認為基礎科學研究最美妙的地方在於？如果不應該，又是為什麼？

文/Alex/原理（principia1687）

喜歡這類內容？也願意再閱讀其內容…？那麼敬請關注【博科園】今後我們會努力為你呈現更多科學知識。