千古大哉問
來源: 科學人 
■許多自然現象發生的時間比人類的生命長很多，因此難以觀察。
■本文作者訪問了數位頂尖學者，如果生命能延續數千年，他們會想進行哪些實驗。
■這些實驗必須使用目前的科技，而且必須用來解決短時間內難以解答的基本問題。
兩個原子形成一個分子，需要數皮秒（10-12秒）的時間，相較之下，人的一生相當漫長，不過，與造山運動或是星系碰撞等許多自然現象相比，人的一生又像一眨眼那樣短暫。解答某些問題所需要的時間，比人類的一生還要長，因此，科學家把研究工作代代相傳。例如，在醫學研究領域，長期進行的研究必須持續追蹤受試者，即使最初的研究人員已經過世，有些遠自1920年代就開始的研究，至今仍在持續進行。歷史上，連續蒐集資料時間最長的紀錄，應該是古代巴比倫人的天文觀測日誌，這部日誌從公元前1000年開始記載，觀測結果至少涵蓋了600年之久，這些記載也呈現了某些天文事件的重複模式，像是日食和月食。
然而，在大多數的科學研究領域中，有些最有趣、最基本的問題，至今還沒有解答，原因只是科學家沒有足夠的時間來解決它們。不過，如果時間不是問題，會有什麽結果？最近我訪問了不同領域的頂尖研究人員，詢問他們如果擁有千年、萬年甚至百萬年的時間可以進行觀測或實驗，他們最想研究哪些問題（為了把重點集中在科學而非未來學，我要求他們假設自己只能運用現今存在的尖端科技）。他們的答案十分有趣，摘錄整理如下。
一萬年 生命如何出現？
赫森（Robert Hazen），美國喬治梅森大學地球科學家。
1950年代初，美國芝加哥大學的米勒（Stanley Miller）和游理（Harold Urey）發現，胺基酸等構成生命的基礎材料，在適當條件下會自己出現。當時看來，似乎只要將適當的化學物質組合起來，等待足夠的時間，就能解開生命起源的奧秘。答案顯然沒有那麽簡單，但如果有一萬年的時間，新一代的游理–米勒實驗或許能產生某些基本分子，除了可以自我複製，還能透過天擇演化——簡而言之，就是生命。
模擬生命起源的實驗必須在具備適當地球化學條件的環境下進行，而且必須從零開始。生命原湯可能含有數百萬個不同種類的小分子，這些分子結合與進行反應的可能方式可以說是天文數字。不過這些分子在海洋中的濃度相當低，所以任意兩個分子偶然相遇的機率相當低，更不用說要發生化學反應。最可能的解釋是，能自我複製的分子最初是在岩石表面組裝。原始地球表面相當潮濕，形成龐大的天然實驗室，隨時可能有多達1030種實驗在進行，而且持續了1~5億年。
要重新創造這種環境，可以設計一個長達一萬年的實驗室，同時進行許多小規模實驗。從外表看來，這個分子搖籃就像塞滿了電腦伺服器的機房，不過機房裡其實是許多化學實驗室晶片，晶片內含數百個極小的凹槽，每個凹槽各有不同的化合物組合，在不同的礦物表面進行反應。這些晶片可持續自動監控其中的化學反應，尋找分子出現控制之外的自我複製跡象。
這些實驗可以集中在最有可能產生有趣結果的化學物質組合上，把實驗時間從數百萬年縮減到數千年。幸運的話，未來我們還可以進一步了解大自然的運作方式，把實驗時間縮短到數十年。
一萬年 自然界的常數真的永遠不變嗎？
蓋布理爾（Gerald Gabrielse），美國哈佛大學物理學家。
物理基本定律似乎放諸四海皆準又恆久不變，例如就我們目前所知，所有質子擁有的靜電荷都相同、光永遠以相同的速度行進等。但是某些學者提出的模型容許改變這些基本定律，有些天文研究甚至宣稱確實觀察到小幅度變化，引人爭議。然而在此同時，所有實驗數據仍然沒有出現改變。舉例來說，我的實驗室就曾經測量過電子的磁性——就我所知，這是基本粒子各種特性中最精確的測量結果。如果反覆測量數千年，這類實驗或許會觀察到變化。
為了測量電子的磁性（更精確的說法是「磁矩」，也就是將它視為次原子尺度棒狀磁鐵的磁性強度），我們利用靜電場把一個電子局限在平面上，並且以磁場迫使電子進行圓周運動。我們讓實驗設備的溫度維持在絕對溫度0.1K以下，使電子運動的能量降到最低。接著以無線電波迫使電子的磁場反轉。電子的反應，尤其是我們能使電子磁場反轉的頻率，取決於其磁矩，後來我們的測量結果是3/1013。
如果磁矩在整個宇宙歷史中改變了1/1000，同時一直以恆定步調發生變化，那麽我們的實驗應該會偵測到它的變化。當然，科學永遠不能證明某樣事物絕對不變，只能證明它的變化率極低。不僅如此，現在它的變化率可能比宇宙誕生初期低了許多，所以在實驗室中難以觀察到。
不過，如果重複進行這個實驗一萬年，仍然看不出變化，這樣的穩定性將對「常數會改變」的理論預測，造成相當嚴格的限制。（也將使大眾質疑這說法：由實驗觀測遙遠類星體的光就可以發現，從宇宙誕生初期至今，電磁交互作用強度出現少許變化。）
當然，我們和其他實驗室的技術還有許多地方需要改進。我想，未來更精巧的方法問世之後，我們將會取得更大的進展，而且花費的時間遠比一萬年少得多。
十萬年 材料如何逐漸劣化？
帕森（Kristin Persson），美國勞倫斯柏克萊國家實驗室理論物理學家、材料科學家。
人類隨時都在製造東西，但怎麽知道這些東西能維持多久？如果要建造核廢料儲存庫，我們必須確保在內部物質的危險性消失之前，容器不會損壞。如果不想讓地球表面布滿垃圾，我們也應該知道塑膠和其他材料需要多久才會分解。
獲得答案的唯一方法就是對這些材料進行壓力測試10萬年，並持續觀察。如此我們就可製造出真正永久不壞，或是會以環保方式分解的產品。
例如我們可以測試用於裝核廢料的銅合金和玻璃等材料（儲存庫的設置地點應仔細挑選，並位於地底深處，但地質狀況可能在數千年內出現難以預期的變化）。這類實驗讓材料暴露在會加速耗損的環境，例如酸礆值大幅改變，並讓溫度上升又下降，或模擬晝夜和季節的變化。
就算材料看似能承受數年的嚴苛考驗，也可能出現極細微的劣化，因為目前的特性描述方式仍有不足，無法顯示材料在某些地方減少幾個原子。不過經過數萬年後，將開始出現損壞，協助我們判斷哪些材料最優異。
對於其他科技應用，長時間測試也能提供幫助。例如目前的檢驗及模擬技術都無法確實預測新型電動車電池15年後的效能。電腦模擬將日益精密，可取代長時間測試，但我們製造需要耐久的產品時，仍須格外留意。
一百萬年 宇宙是不對稱的嗎？
史達克曼（Glenn Starkman），美國凱斯西儲大學物理學家。
大霹靂的熱在宇宙各處輻射。太空探測船描繪了天空中的宇宙微波背景輻射（CMB）分佈，發現它十分均勻，少有小幅度隨機變動，一如大霹靂理論的預測。這樣的平滑代表早期宇宙也是均勻的。從研究分析看來，宇宙兩邊似乎過度對稱，而且還有其他異常現象，包括缺少應該在宇宙中延伸60度以上的最大變動等。
要知道這些現象是實際狀況還是巧合，只需持續觀察。CMB已朝我們行進了137億年，因此測量CMB其實是以我們為中心，測繪半徑137億光年的球體表面。如果時間夠長，這個球體會越來越大，最後通過宇宙誕生的區域。異常狀況的規模相當大，CMB球體可能需要10億年才能通過，屆時球體半徑將達147億光年。如果我們「只能」觀察100萬年，大多數異常現象應該依然存在，但有少許變化，就可知道它們是否逐漸消失（代表只是巧合），如果持續不變，則代表有更大的宇宙結構存在。
關鍵詞: 生命宇宙時空