科技領域看得到的「聖杯」都有哪些？

01-05

「聖杯」，是指實現起來難度很大，離決定性突破仍遙遙無期，但是我們已經取得了一些進展，一旦實現能徹底改變人類社會的科技，比如人造太陽、腦機交互。這個問題更側重技術一些。
「看得見的聖杯」，也就是已經取得一定進展了：比如人造太陽，最核心的科學原理已經明確（相對論），實用上各國也有取得一定成果的大型裝置；又比如腦機交互，腦科學的認識和理論還需要大的突破，不過實用上已經有一些比較初級的應用。

我來補一個光譜學的小眾「聖杯」吧：質子化甲烷 $ext{CH}_5^+$ 的振轉光譜解析。

一般的分子，它總歸有一個大致固定的結構，比如水分子就是 V 型的，二氧化碳分子就是直線型的。化學鍵會振動，這是分子有紅外光譜的原因，但是這些振動幅度通常都很小，並不會改變分子的大致構型。

$ext{CH}_5^+$ 不一樣。它是極為罕見（如果不是唯一存在的）的在常溫下幾乎沒有固定結構的分子，和甲烷完美的四面體構型完全不同。在常溫下，它的 5 個等價的氫原子屬於完全自由移動的狀態，圍繞這中心的碳原子隨意轉動——它的內轉動能壘不到 60 K（零下 213 °C）。用術語來說，就是分離分子振動和轉動運動的波恩—奧本海默近似（B. O. Approximation）對於 $ext{CH}_5^+$ 來說完全失效。

這導致，雖然科學家在 1950 年代就在質譜中確認了 $ext{CH}_5^+$ 的存在，但直到 1999 年，它的振轉光譜才由芝加哥大學的岡武史（Takeshi Oka）團隊測得——他們必須把反應裝置冷卻到液氮溫度（77 K），即使如此，測得的光譜也是非常複雜。你們可以感受一下，零下 200 °C 的 $ext{CH}_5^+$ 光譜，和下面甲烷光譜的對比。然而，岡武史測出了光譜，卻無法指認哪怕其中的任何一條譜線！這也許是極少數完全無法解釋數據也能發 Science 的示例了吧！

18 年過去了，很多科學家和研究團隊都在為攻克這個難題，搶下聖杯而努力，也有很長足的進展。比如德國的科隆大學和美國的噴氣推進實驗室（JPL）都在為此作努力，甚至為了這個離子專門設計了全新的群論模型。然而，直到現在，還是沒人能夠解這個光譜！

$ext{CH}_5^+$ 在天體化學中處於一個核心位置，它被認為是星際空間中碳化學的關鍵節點。找不到它，我們就無法確認星際空間中，從簡單的 C, H 原子和甲烷如何形成複雜的有機分子的一條關鍵路徑。

岡武史的論文：Edmund T. White, Jian Tang, Takeshi Oka, CH5+: The Infrared Spectrum Observed, Science, 284, 135 (1999).

後續的幾十篇論文就不引用了，感興趣的讀者可以自行搜索。

凝聚態物理裡面的"Holy Grail"其實不少，不過最為人們所熟知的還是超導領域中的，找到室溫超導體。

找到室溫超導體的意義已經說了很多了，我這裡想糾正一個誤區，即找到室溫超導體不一定意味著可以實現大規模無能耗輸電。超導體的應用與它本身的各種性質息息相關，一般物理上除了臨界溫度以外還有幾個比較重要的參數，分別是臨界電流，上臨界磁場以及irreversiblity field（vortices melting）（對第二類超導體）。對超導磁體的應用來說，雖然BSCCO和YBCO的上臨界磁場都很大(&>100T)，BSCCO卻不適合做超導磁鐵，因為其irreversibility field很小。而YBCO至今也只部分應用到了超導磁鐵上[1]，因為YBCO太不適合作為線材了。多晶YBCO的性質相對於單晶差別太大，與其高溫超導體超短的coherence length和d-wave對稱性都有關係。所以想要應用只能想一些替代方法，比如coating做成superconducting tape等等。市面上常見的超導磁鐵仍然是常規超導體，比如NbTi，就因為方便做成線材。儘管YBCO突破了液氮溫度，但是我覺得YBCO最常見的用途還是做演示實驗。

再看如果實現了室溫超導，是否能做到大規模無能耗輸電？首先還是要考慮成本問題。成本至少包括原材料價格和製備工藝。如果這種超導體中含有某些很貴的元素（比如某些稀土元素），或者合成的工藝要求很高（壓強，溫度等），是否要代替現有的輸電網路還是未知數。另外是材料本身的性質，如果還是像銅氧化物高溫超導體這樣很脆的層狀結構，多晶性質很差，不易做成線材，還是很難應用起來。還有最重要的是安全問題，很多做低溫輸運實驗的人可能都見過超導磁鐵quench，即由於某種原因失去超導，這樣原本承載很大電流的導線迅速發熱導致整個磁鐵崩掉。想想超導輸電線整天風吹日晒雨淋，一不小心失個超，後果太嚴重不敢想。

不過話說回來，如果真發現了室溫超導體，我相信這些困難在錢的驅動下，聰明的科研人員面前都能解決。所以更大的問題是世界上真的有室溫超導體嗎？誰也不保證這一點，也基本沒有什麼頭緒。

超導部分說完了，下面說另一個去年很有可能已經實現了的[2]，高壓領域的聖杯，金屬氫。

我們知道元素周期表第一列除了氫以外都是是鹼金屬，在一定溫度下都是固體，但是氫氣常壓下在14K才能變成固體，而且也不導電。不過1935年Wigner和Huntington預言，在高壓下氫會變成金屬[3]。但是他們給出的壓強閾值25GPa實在太低了(even far more than 4.00GPA lol)，所以後來理論物理學家不得不不斷修改這個數值。到了2010年左右，大家認為這個數值在400~500GPa左右。想要達到這個數字耗費了不知多少高壓物理學家的努力。達到這個量級的壓強的手段就是Diamond anvil cell，很貴很貴，而且壓強太大就會碎掉。。。所以也不知道廢了多少塊兒高品質的鑽石。這個實驗難度是如此之大以至於做不出來也能發Nature[4]

The failure of solid hydrogen to become an alkali metal at the extreme pressures reported here has implications for our current theoretical understanding of the solid-state phase.

呵呵。。。

在無數努力之後，Harvard大學的Ranga Dias和Isaac F. Silvera終於報道了金屬氫存在的證據[2]。這個實驗困難之處就在於鑽石會碎。。所以他們用了很多辦法，比如在低溫下加壓避免氫擴散到鑽石裡面，還有polish的工藝等等。這種實驗唯一可靠的測量方法就是光學（即使是很簡單的輸運測量，在高壓下電極和導線也不知道是什麼樣了），激光也是可能導致實驗失敗的一個原因。。。最終他們達到了495GPa的巨大壓強，觀察到了下圖

氫居然變成表面有金屬光澤了！測量反射率，發現是用金屬理論可以解釋（吐槽一下他們測了三個點然後用Drude model擬合）。再進一步與理論進行比較他們宣布發現了金屬氫（每個氫原子貢獻一個電子參與導電）。

由於這種實驗基本沒法審稿（他們自己也不能保證重複出來），唯一的辦法就是到現場去看。。。據說他們四處發郵件給從事高壓研究的人，而且至少Harvard整個物理系都參觀了他們的實驗。

假設他們的發現被證實是沒有問題，這個東西會有什麼用呢。首先這個東西還這麼壓著肯定用處有限，只能看什麼也不能做。不過有人預言過這個東西在室溫常壓下metastable，就看他們敢不敢把壓強撤走溫度升上來。。。非常值得一提的是有人說這個東西是室溫超導體[5]，不過就像我上面提到的這個東西沒法做導線。且不說超超高壓的工業生產，metastable的高度壓縮氫。。。意味著這個東西是個不錯的炸彈。。。所以文章中設想它的用途還在於能源和火箭等等。作為一個物理學家來講，其實這種新物態沒準是一種全新的quantum fluid，研究價值很大。

凝聚態物理里還有一個比較小眾的聖杯，很難歸類，我把它稱為崔琦先生的聖杯，Wigner crystal。學過統計物理的都知道電子氣體在密度越小的時候勢能會越重要，Wigner預言在正電荷背景下當電子密度足夠低時候電子會形成晶格[6]（又是Wigner挖的坑）。這個實驗要求極高，因為要求非常純凈的電子氣系統，幾乎不能有任何雜質存在，而且實驗上即使實現了也很難觀測。崔琦先生一直在尋找Wigner crystal的跡象，他們在製備的高質量AlGaAs/GaAs異質結可以提供很好的二維電子氣系統，在其中發現的分數量子霍爾效應也最早被他們解釋成了Wigner crystal[7]。不過據我了解至今也沒有充分的證據證明其已經被實現。

其實在物理學領域，已經被人們得到的聖杯還有不少，比如老愛挖的兩個坑，玻色愛因斯坦凝聚和引力波，分別在上世紀末和去年被公布實現/發現，都是物理意義重大，實驗難度極高，而且註定會得諾貝爾物理學獎的工作。

以上

Ref:

[1] 32 Tesla All-Superconducting Magnet - MagLab.

[2] [1610.01634] Observation of the Wigner-Huntington Transition to Solid Metallic Hydrogen.

[3] Wigenr, E and Huntington, H. B., On the Possibility of a Metallic Modification of Hydrogen, J. Chem. Phys. 3, 764-770 (1935).

[4] Narayana, Chandrabhas et al., Solid hydrogen at 342 GPa: no evidence for an alkali metal, Nature 393, 46-49 (1998).

[5] Ashcroft, N. W., Metallic hydrogen: A high-temperature superconductor? Phys. Rev. Lett. 21,1748–1750 (1968).

[6] Wigner, E., On the Interaction of Electrons in Metals, Phys. Rev. 46, 1002 (1934).

[7] Tsui, D. C., Stormer, H. L. and Gossard, A. C., Two-Dimensional Magnetotransport in the Extreme Quantum Limit, Phys.Rev. Lett. 48, 1559 (1982).

我來說一個我們領域的吧。

上帝說要有光於是有了光。麥克斯韋說要有電磁波於是有了電磁波。自從赫茲實驗發現電磁波，人類使用電磁波已經有上百年的歷史，不同波段的電磁波也深入到人類生活的方方面面，4G，Wi-Fi，GPS各自使用不同的頻段為人類服務，但有一個波段卻遲遲不能被人類有效的使用。那就是太赫茲電磁波，太赫茲的頻率很高，通常從100GHz到10000GHz。而我們平時使用的Wi-Fi頻率才僅僅2.4GHz。太赫茲電磁波很有用，能讓網速提高100倍，能穿透紙張衣服來成像，能夠檢測爆炸物，能夠用於生物研究。但是太赫茲遲遲沒有廣泛使用。

現在太赫茲無法廣泛使用最主要障礙就是缺乏高效的太赫茲光源。傳統的微波技術收到放大器截止頻率的限制，輸出效率隨著頻率升高快速下降。傳統的光學技術如量子級聯激光器，收到熱雜訊的影響，必須要在低溫工作，而且效率隨頻率下降快速下降。這樣就使得從100GHz到10000GHz並沒有高效的太赫茲光源。這個沒有高效光源的頻段就被稱作太赫茲間隙terahertz gap.

這個太赫茲間隙就算是我們領域的聖杯，大家都努力尋找高效產生太赫茲的辦法。在科研領域，其實發射太赫茲的辦法不少，如自由電子激光器，太赫茲反波管，但是設備往往都很巨大或者需要低溫工作。這些都極大的限制了太赫茲的應用。

我老闆，機械互鎖分子領域的奠基者，《機械鍵的本質》作者（該書中譯本正在進行中……），2016年諾獎獲得者，沉迷推特的網癮教授，弗雷澤司徒塔特爵士，欽點的本領域的「聖杯」:

合成主鏈聚索烴

主鏈聚索烴是長得像下圖中高亮的鏈條那樣的分子，即一個環套一個形成的長鏈。

如果不加修飾詞「主鏈」，則聚索烴的拓撲結構有很多種，比如下圖中的a是主鏈聚索烴，b是橋聯聚[2]索烴，c是吊墜聚[2]索烴（pendant poly[2]catenanes），d是側鏈聚[2]索烴。除了主鏈聚索烴外，其他集中拓撲結構的聚索烴都有報道。

b,c,d三種結構本質上來說都只需要合成[2]索烴並且在環上留下聚合的官能團再聚合就可以了，而主鏈聚索烴的合成則有本質不同。

從成環的角度來說，要形成大環需要長鏈分子關環，高稀濃度減少分子間反應成寡聚長鏈，有利於於分子內反應形成大環（下圖中紅色箭頭）。而從形成主鏈聚索烴的角度看，由於結合常數一定，高稀濃度下不利於長鏈找到並穿過上一個大環（下圖中綠色虛線），濃度越稀最後產物聚索烴中的環就越少……所以合成難度比其他那幾種不知道高到哪裡去了。

據我所知目前有好幾個組都在做這個項目……光我們組最近幾年我就知道前仆後繼至少有三代博士後嘗試過然而並沒有成功。

（以上圖片來自靈魂畫手和文獻Mechanically bonded macromolecules）

===========20171130更新=========

新出爐的Science

Poly[n]catenanes: Synthesis of molecular interlocked chains

非線性系統穩定性的充要條件咯。

還有每小時零點漂移可以媲美光纖陀螺儀的mems陀螺儀

看到有人說了超級電容和鋰金屬負極，不管什麼儲能方式，儲能領域的聖杯應該是：一種廉價、綠色、安全、易於達到的儲能方式，並且能夠達到高功率密度的同時擁有優異的能量密度，且長期穩定性好。而現在大家無論去做鈉電、鋰電、鉀電、超電、金屬負極等等，最終想要達到的目的都是一樣的。

謝邀。

數學領域的聖杯問題我不知道，但是我這個小領域的核心問題應該是分類所有的正截面曲率的閉流形。這要是做出來了，估計整個領域的人都不得不轉行，就跟當年有限單群分類的結果做出來以後一樣。同理我猜低維拓撲的一個核心問題也是分類四維流形吧。當然四維流形的分類會是一個很subtle的問題，畢竟四維流形基本群的分類已經是演算法不可解的。如果我們僅考慮單連通的情形，那麼找比較好的四維流形不變數（比如intersection form?）並且對這些不變數可能的取值做出描述，然後把這些不變數和流形本身的拓撲聯起來，可能也算是一種粗糙的分類吧。

數學這個學科呢，我套用現在比較流行的一個詞來描述吧，它是一個「去中心化」的學科。數學的很多領域，其實未必是圍繞著一個或者幾個中心問題來做的，它可能有很多很多不同方面的小問題，每個方面用到的技術都不太相同。比如數論裡面，大家都知道數論里最出名的問題是黎曼猜想。但黎曼猜想真的是現階段數論研究的中心問題么？恐怕做數論的人自己都沒有這種感覺吧。。有幾個數論專家會說自己正在「做」黎曼猜想。。當然，做其他方面的數論/數學研究，最後發現和黎曼猜想建立了聯繫也是有可能的，畢竟這確實是一個聯繫很廣泛的大問題。

瀉藥

超級電容算一個吧

目前存儲電能主要依賴把電能轉化為化學能，即各種電池。轉換過程是比較慢的。如果超級電容可以實現，存儲電能就不需要轉換為化學能，直接以電能方式存儲在電容中，那存儲速度就逆天了。

難點在於電容中間的介質，必須耐高壓，不被擊穿，還是看材料科學家們的努力吧。

鋰電池儲能方面的一個聖杯是鋰金屬負極.

鋰電池的發展很崎嶇,正極材料被開發出來後,科學家們首先使用的是鋰金屬作為負極，後來發現枝晶導致的隔膜刺穿導致不安全，直到石墨碳作為負極被開發出來，利用層與層之間的空隙來容納鋰離子，電解液中主要成膜成分碳酸乙烯酯EC的使用，才算真正意義上的鋰離子電池，這時的電池負極和正極都屬於鋰離子在層間插入脫出，體積效應小，但也限制了容量和能量密度。目前一大波教授開始帶節奏，Cui Yi 在nature nanotechnology 上綜述鋰金屬的發展和組內的工作，並寫道鋰金屬開始走向復興（Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries)。

即使到現在，鋰金屬問題的最終解決目標都沒定下來，有人認為鋰的沉積效率即使在99.9%以上，循環也只能維持1000次。但目前能做到鋰效率99.9%的寥寥無幾，而且大多集中在醚類電解液方面。也有人認為效率不是最關鍵的因素，效率低可以採取過量的鋰來解決（&>300%過量的鋰），而鋰的界面生長和有序生長才是關鍵。我個人認為由於鋰與絕大多數有機溶劑的活潑性，效率不可能有大的突破，但是一旦解決鋰在碳酸酯里的有序沉積，解決鋰枝晶的安全問題，鋰電池（搭配包括目前常見的商業正極材料，硫等新型正極）便會投入市場。

作為一個搬磚的，希望這個領域還能持續的火一下，然後大佬吃肉，我們也有湯喝。

量子計算機絕對算是量子信息領域的聖杯了。

如果量子信息領域能出一個諾貝爾獎的話，很有可能會頒給第一個造出真正意義上的通用量子計算機的組。

那現在最新的成果是什麼樣的呢？

全球離子阱做的最好之一的馬里蘭大學的Christopher Monroe組，八月四號在物理學預印本網站arxiv上發布了他們的最新成果：

Observation of a Many-Body Dynamical Phase Transition with a 53-Qubit Quantum Simulator

這個工作大概的意思是，他們又創新，改進，應用了一系列牛逼的技術，現在已經能操控53個比特來做一些經典統計理論解釋不了的量子模擬多體動力學過程了。

理論上來說，通用量子計算機最小需要49個量子比特。他們組在數量上至少已經達到這個要求了。

他們在文章的末尾是這樣說的：

This experimental platform can be extended to tackle provably hard quantum problems such as Ising sampling. Given an even higher level of control over the interactions between spins, as already demonstrated for smaller numbers of trapped ion qubits, this same system can be upgraded to a universal quantum computer.

大概的意思就是，現在這套系統，再接著加上以前在量子比特比較少的情況下發明出來的技術，就可以升級成為一個通用的量子計算機！！！

離子阱距離拿到「量子計算機」這個聖杯已經非常非常接近了，谷歌和一票科技公司資助的超導量子晶元估計壓力不小。

能源材料方面被吹成聖杯的，貌似只有廣義的photocatalysis：利用無盡的太陽光能量來分解水產氫、固定二氧化碳、污染物降解、殺菌、驅動新的有機方法學…所謂的holy grail in chemistry

另外楊培東這幾年大玩特玩的一個概念，artificial photosynthesis也曾被評為holy grail…不過這應該算是z-scheme semiconductor photocatalysis的一個子集了。

合成人。

我簡單的把合成分為全新合成和組合合成。

前者是指純粹的依靠生物化學或者物理的能力去合成，後者是指通過各種模式生物系統來完成。

如果是前者的話，我估計100年都懸，因為我們目前的水平不夠；後者的話，其實現在大家已經能完成了，比如克隆人，比如基因編輯，這些都是直接可以用的。

但是，科學家正在朝著前者努力。

————如何合成一個生命？————

黑土說了，把大象裝進冰箱要三步

不過，這合成人吧，大概得5步

1合成人，需要合成器官和組織

2合成組織和器官，需要合成細胞

3合成細胞，需要合成細胞膜，細胞質，細胞核

4合成細胞核，需要合成染色體

5合成染色體，需要合成基因組

那麼目前的進展如何呢？一張表格

你看這合成DNA倒是還好，短一點沒問題，但是長了的話，就麻煩了

困難：合成長度是有限制的。目前，我們能夠合成的基因雙鏈長度為1-12kb，也就是說最多可以合成一萬多的長度。

但是人類基因組非常龐大。一共23對染色體，最短的21號染色體，長度是48,129,895。而最長的是1號染色體，長度是249,250,621（2億個鹼基）

更別提蛋白質這種，如此高級的結構

要是在組裝成複合體，比如ATP泵，更是難上登天

細胞就別考慮了，

看看這複雜的結構。

————我們已經可以合成一些基礎物質了————

人類這個新時代紀元是2010年，人類世界上第一個人造生命細胞誕生了。

科學家根據自己對生物基因的了解，然後自己編輯了一段新的基因，然後把這個基因導入到山羊支原體中，這樣，一個全新的生命誕生了，被叫做辛西婭（Synthia 合成體）。

（合成的生命）

這是生命史上從來沒有過的事情，因為這個全新的生命體是完全有人類自己創造的。

辛西婭是人工合成的基因組和細胞生命，它的父母是計算機設計的序列。

這個科學家叫文特爾，一個備受爭議的人物，比如他曾經想著把人類基因組申請專利……

事實上，目前科學家已經在合成更多的生命了，尤其是下面這個合成酵母的研究。

酵母是一種常見的生物，比如我們的饅頭麵包發酵，我們喝的酒發酵，都是酵母的功勞。

（酵母可以把糖變成酒精）

而更重要的是，酵母是真核生物。自然界的植物，動物都是由真核細胞構成，當然也包括我們人類。

目前，科學家正在進行的人工酵母菌基因組合成計劃（ Synthetic Yeast 2.0）。項目由中國、美國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等國家的多個研究機構參與合作。

進展據說還不錯

一旦合成真核生物成功了，那麼合成一個完整的新的多細胞生命體的路，就越來越好走了。

結語：

好了，說完上述的內容，相信大家應該對合成一個人的難度有所了解了。但是，這期間的每一個進步，都可以是一個史詩級的進化。

比如，我們完整的合成染色體，我們就可以直接去創造人類，我們如果完整的合成了細胞，那麼，未來，我們就可以去開闢外星了，畢竟只要帶上一堆化學原料即可。

凝聚態領域的聖杯應該是高溫超導吧。

超導體具有零電阻和抗磁性等神奇特點。但第一個被發現的超導材料，汞，對溫度要求非常高，必須在4.2k（-270℃）以下才能實現超導。自從發現超導以來，人們就一直在努力提高其臨界轉變溫度。

銅氧基高溫超導體的發現是超導體領域的又一里程碑。它們的超導轉變溫度最高可達130k

（-143℃）。這大大超出了BCS理論預言的最高超導轉變溫度（-243℃），意味著這種超導體的微觀機制不同於BCS常規超導體。目前為止還沒有令人信服的完備的高溫超導理論，解決這個問題對凝聚態科學本身以及相關的產業都有著巨大價值，它吸引著一代又一代的凝聚態研究者前赴後繼地埋葬自己有限的生命和智商…

所以說，是聖杯，也是聖坑。

如果真能實現常溫超導體，無電阻和抗磁性對電子和能源產業的改變將是革命性的。電子器件的功耗大大降低，電力運輸和電力交通也會更加便宜和流行等等。

加拿大華裔量子物理學家 Professor Hoi-Kwong Lo 在2014年 Nature Photonics 發表了一篇綜述，其中有句話是這樣說的：

In contrast, quantum key distribution (QKD), the best-known application of quantum cryptography, promises to achieve the Holy Grail of cryptography — unconditional security in communication.

密碼術中的聖杯，就是無條件安全通信的基石------量子密鑰分發（QKD）。

個人認為量子計算機只是提高運算能力，這只是人類發展過程中註定要走的路。遠沒有弄清楚量子糾纏的物理意義等量子力學基本問題來得重要。

另附最近發表在Naute上的怒刷新聞流量的墨子號完成的QKD實驗。

Reference:

http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n8/full/nphoton.2014.149.html?foxtrotcallback=true
[1707.00542] Satellite-to-ground quantum key distribution

選擇性碳氫活化

或者用一個內行看了會心一笑的詞，簡單的說：

甲烷

長生(不死)。

隨著著醫療技術的發展，在將來可預見一個時間點，人類的衰老速度將低於醫療對人的維生速率。也就是說，現在平均壽命60餘歲的現在，在十年後醫療技術將平均年齡達到69歲，20年後達到77歲……科技的進步將趕超人類的衰老，永生也許並不遙遠。

很有可能是在將來的50年內，所以，第一個能長生不老的人類非常有可能已經降生。

有人舉報政治敏感，不錯，我欣賞他的勇氣。

(真是居心叵測，明明自己玩的不亦樂乎，就不允許別人跟著玩兒，希望能讓舉報的人看見這句話)

藥學方面的就是治療病毒的葯的出現

寫一個地學領域的吧，初始生命的起源時間以及機制。這個問題一旦解決，對整個人類的衝擊將是非常巨大的，特別是宗教，倫理等等。

我們知道，如果追求生命在「神創」以外的科學起源，那麼現在所有的生命，都必然追索到一個最初的從無機物中隨機生成的母體。而這個母體生存繁衍逐漸遍布整個地球初始海洋的過程，必然會留下地質的記錄。而地學領域近年來一直在謀求找到這個記錄。

生命活動會造成同位素分餾效應，使得跟生命活動相關的化合物某些穩定同位素非自然的聚集，例如氧18。去年聽過一次報告，講地球最古老鋯石的研究，就涉及到了這一話題。這個系列研究利用二次離子探針分析西澳大利亞發現的地球上最古老的鋯石（一種含鋯，硅，氧的礦物）。這顆鋯石距今約44億年，採集自西澳的一塊礫岩之中。科學家發現，其微量元素特徵顯示它結晶自二氧化硅含量極高的酸性岩漿，表明當時地球已經有了初始的陸殼（陸殼相比洋殼具有更高的二氧化硅含量，因此可以「漂浮」在地幔上而不會重新在俯衝帶沉沒到地幔里去）；利用其中微量元素平衡溫度計計算其結晶溫度接近800攝氏度，表明那個時代地球表面幾乎還是岩漿海。

然而，最有趣的結論在於，其氧同位素特徵非常不同於球粒隕石的特徵，且顯示了同生命活動相關的同位素分餾過程。球粒隕石代表了地球的前身，太陽凝集之後剩下的殘餘星雲塵埃。地球從初始星雲凝集成原始地球，逐漸冷卻並分層形成地核，地幔，地殼的過程，均不可能造成明顯的氧同位素分餾；只有生命過程，才會明顯地改變地球表面的氧同位素比值，並被記錄在岩漿結晶形成鋯石的過程中。因此，如果這個研究可靠，那麼這顆鋯石的同位素記錄說明，生命也許早在地球遍布岩漿海的極早歷史中就出現了。生命可能在我們這顆古老地球剛剛出生時，就陪伴在它身邊了。生命和地球，已經共度了至少44億年的漫長時光。

遺憾的是，這個樣品極其珍貴，因此幾乎不可能再拿來重複上述這些實驗。關於生命起源的故事，必須另尋他法，找到更確切，更翔實的地質記錄。

生命起源這個科學問題，無疑是人類最為好奇的問題之一。這應該算是地學領域，甚至整個科學領域的一個聖杯了吧。

另外，地球何時，何地，如何產生了多細胞生物，也是一個非常有趣的問題。這個問題，甚至可以延伸為，生命演化的關鍵時刻，有沒有神，或者外星人，從中進行了關鍵的推動。整個多細胞生物的爆發，就記錄在舊稱「震旦紀」的地質歷史時期里。「震旦」是古中國的名字，李四光先生用這個名字命名了中國南方的大片新元古代地層。這些地層正是記錄生命演化從單細胞到多細胞關鍵一躍的無字天書。國內學者在此有一些很有趣的發現，這裡就不再多說了。這個問題現在也是前寒武紀研究中一個非常熱點，意義重大的研究。這應該也算是一個「聖杯」了。

p=np? 這個我不太了解

物理領域的大統一理論

醫學，搞定腫瘤。