宇宙暴脹,蛋白質中的水和肯尼迪:無知的謎團

本週我沉浸在達拉斯舉行的美國化學學會全國會議中,這意味著我無法捕捉到週一來自宇宙學的激動人心的公告的更多資訊,該公告可能證實暴脹的預測。

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


本週我沉浸在達拉斯舉行的美國化學學會全國會議中,這意味著我無法捕捉到週一來自宇宙學的激動人心的公告的更多資訊,該公告可能證實暴脹的預測。如果結果證明這是正確的,那將確實是一項里程碑式的發現。我的《大眾科學》部落格同事約翰·霍根 - 他發揮著作為網路中潑冷水的人的寶貴作用 - 謹慎地告誡我們等待普朗克衛星和其他小組的確認,然後再明確宣佈我們對宇宙的理解進入了一個新時代。 但就目前而言,這看起來確實是真的,物理學家們一定感覺站在了世界之巔。 尤其是安德烈·林德,一位物理學家同事在他家門口突然宣佈訊息時,他那令人喜愛的反應已被錄製成影片。

但是,當社交媒體和無線電波充斥著這項可能具有歷史意義的發現的訊息時,我正坐在一個專門討論生物系統中水分行為的會議中,尤其是在蛋白質內部和周圍。 即使現在,我們對圍繞分子的幽靈般的水分子網路也知之甚少,這些網路使分子能夠彼此相互作用。 我們對影響這種相互作用的熱力學變數有一些瞭解,但就目前而言,我們必須根據具體情況單獨剖析這些引數; 這仍然不是通用的演算法。 我們知識的匱乏受到總體理論框架和計算障礙的阻礙。 水會議是關於藥物設計和發現的更大範圍會議的一部分。 水在影響藥物與蛋白質結合中的作用只是我們正在努力解決的未知因素之一; 還有數十種其他因素——已知未知和未知未知——導致藥物在分子水平上的行為。 我們取得了一些有希望的進展,但顯然還有很長的路要走。

坐在這些會談中,周圍是物理學家和化學家,他們正在努力將他們原始的計算工具應用於藥物設計,我對水的思考與宇宙暴脹的實驗觀察結果短暫地並列在一起。 我不禁想到,在如此多不同領域中,我們理解中仍然存在著巨大的鴻溝。


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讓我們從長遠來看待這個問題:我們現在已經獲得了可能是宇宙暴脹的第一個強有力的實驗證據。 這是實驗和理論的壯舉。 如果是真的,毫無疑問會有很多當之無愧的慶祝,更不用說至少一個當之無愧的諾貝爾獎了。

但與此同時,我們仍然無法設計出一種簡單的小有機分子,它可以與疾病中涉及的蛋白質結合,在體內保持穩定,表現出最小的副作用,並治癒或減輕該疾病的影響。 我們離這個目標的距離,就像物理學在二百年前發現大爆炸時一樣遙遠,甚至更遠。 我們的抗癌藥物仍然很“髒”,而且大多數都會引起可怕的副作用; 我們對藥物行為和人體沒有足夠的科學認識來最大限度地減少這些影響。 我們對阿爾茨海默病等神經系統疾病的瞭解甚至更加落後。 在那裡,我們甚至不知道確切的原因是什麼,更不用說我們如何減輕它們了。 我們仍然浪費數十億美元用於設計和測試新藥,這是一個令人震驚的損耗過程,如果我們知道更好的方法,我們會為此感到羞恥。 正如我在我關於藥物發現挑戰的系列帖子中提到的那樣,即使是像讓藥物透過細胞膜這樣簡單的事情,在總體水平上仍然是一個未解決的問題。 弄清楚兩個任意分子之間結合能的一般問題也是如此。 藥物設計的過程,無論是在理論上還是在實驗上,仍然是一個摸索和開始的過程,是孤注一擲和預測失敗的過程,是摸索和僅僅是僥倖成功,而不是以平穩的軌跡走向成功的解決方案。 我們正遨遊在茫茫的無知之海中,掙扎著,因為我們常常只是沒有足夠的資訊。

事實仍然是,我們可能已經繪製了從宇宙誕生到現在的宇宙圖景,但在科學領域,我們的知識顯然是原始的,我們在那裡不斷地與純粹的無知作鬥爭,在那裡我們只不過是玩木製玩具的孩子。 部分原因僅僅在於我們所謂的專業領域。 自然界有些部分經過艱苦的努力後可以屈服於我們的方程式,但還有些部分,這些方程式幾乎變得毫無意義,因為我們無法在沒有重大近似的情況下解決它們。 造成這種失敗的主要罪魁禍首是我們討論過多次的還原論的侷限性。物理學可以解決暴脹之謎,但無法解決副作用之謎,因為後者是一個複雜的湧現系統的產物,每個層次都需要理解其自身層次上的基本規則。 物理學在今天設計藥物方面——或者在理解大腦方面——就像它在計算電子的磁矩到小數點後十位方面一樣成功,一樣無能為力。 這就是科學的悖論; 允許我們理解宇宙起源的相同工具,在應用於宇宙中最微小、最微不足道的物質微粒之一的福祉時卻失效了。

世界各地的科學家都稱最新的發現“令人謙卑”。 但對我而言,這一發現更令人謙卑,因為它照亮了我們已知的東西與我們仍有多少需要發現的東西之間的差距。 這很可能是物理學和天文學史上具有歷史意義的一天,但在化學、神經科學和醫學等其他領域,我們甚至在看似基本的問題上苦苦掙扎。 作為一個整體,科學繼續向偉大的未知領域邁進,仍然有無限的迴歸工作要做。 這就是它成為我們極其困難的伴侶的原因,我們將永遠與之相伴。 雖然我們在某些科學事業中達到了新的高峰,但在另一些科學事業中,我們才剛剛開始清理灌木叢,眯著眼睛注視著黑暗的森林。 正是這種無知讓我無法在每當宣佈像這樣的重大發現時,作為人類的一員感到過於沾沾自喜。 正是這種無知使我們的世界成為一個開放的世界,一個沒有盡頭的世界。

然而,一個比較為這種失控感提供了一線希望。 在一天活動的間隙,我午飯後沿著休斯頓街漫步。 大約五十一年前,一輛汽車沿著這條街行駛,然後在榆樹街的急轉彎處減速。 在十字路口矗立著德克薩斯州教科書倉庫。 三聲槍響,一位年輕總統的生命被奪走,美國曆史的長河永遠改變了方向。 這完全是由於一位困惑和精神錯亂的23歲前海軍陸戰隊員的魯莽行為。 從六樓的窗戶向外望去,我可以看到一個優秀的射手如何輕易地開槍。 然而,真正讓你震驚的是這個地點的完美普通性,一個因歷史的偶然事件而在空間和時間上變得非凡的地點。 它迫使我們面對我們在歷史的隨機行為面前的徹底無助。 奧斯瓦爾德很幸運,讓我們在不幸的漩渦中掙扎。

但是,宇宙的視角可能有助於減輕我們的不理解,併為我們的傷口提供慰藉。 卡爾·薩根曾說過,如果你想從頭開始製作一個蘋果派,你必須首先發明宇宙。 1963年11月22日那顆致命的子彈,是無數事件的結果,這些事件的現實是由與我們現在透過地面和太空望遠鏡以及我們塗鴉的聰明才智探索的相同的暴脹現象激發成潛在存在的。 令人欣慰的是,雖然我們仍然不理解支配那顆子彈軌跡的人類思想和情感之謎,但我們現在至少可以理解這一切是從哪裡開始的。 這肯定算得上是有意義的。

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